Jdi na obsah Jdi na menu
 


Inženýrsko-geologický průzkum pro přehrady

22. 6. 2005
Otto Horský
Inženýrskogeologický průzkum pro přehrady

2006 - CD

1. Úvod

Přehrady složitostí své struktury představují technicky velmi náročná díla. Ve srovnání s jinými typy staveb se zde nejvíce uplatňuje přímý vztah stavební struktury a horninového masivu v daném přírodním prostředí. To je snad jeden z důvodů, proč mnohdy riskantně či nevhodně postavené přehrady měly za následek katastrofu, jindy zase z přílišné opatrnosti byla postavena díla svým vzhledem konzervativní a ekonomicky nákladná. Také i proto byl vývoj průzkumných a projekčních metod v přehradním stavitelství ve srovnání s jinými typy staveb pomalejší, i když v posledních desetiletích dosáhl nesmírného progresu.
V minulosti byly přehrady stavěny převážně ve výhodných geologických a morfologických podmínkách. K jejich projekci a stavbě se ve velké míře využívalo prakticky jen získaných zkušeností a mnohdy podle nich byla volena výška a typ přehradní hráze. Geologicky a morfologicky výhodná místa byla rychle využita a bylo nutno stavět ve stále komplikovanějších geologických a morfologických podmínkách, kde se ještě více uplatňoval vzájemný vztah stavební struktury a horniny. Vzhledem ke zvyšujícím se nárokům na vodu a její energetické využití bylo také nutno stavět stále vyšší hráze. Přitom rostoucí cena humanizačního faktoru měla za následek nutnost snížení rizik katastrofy a negativních ekologických dopadů na minimum. To všechno byly důvody, které vyvolaly potřebu podstatného zlepšení metodiky projekčních metod a stavebních postupů a v přímé vazbě na to i metodiky inženýrsko-geologického a geotechnického průzkumu.
Prudký rozvoj mechaniky zemin a hornin a techniky průzkumu v posledních desetiletích, experimentální analýza stavu napjatosti a možnost využití moderních metod matematického a reálného modelování vzájemného vztahu stavební struktury a horninového masivu se staly významnými mezníky pro možnost aplikace vysoce progresivních a bezpečných projekčních metod a stavebních postupů. Nezměrné úsilí, které umožnilo vybudování velmi smělých a ekonomicky efektivních přehrad by však těžko bylo korunováno úspěchem, kdyby současně s tím nebylo využito moderních metod kontroly a chování mnohdy prototypních stavebních struktur. Přehrady se takto staly reálnými modely v přírodním měřítku, u nichž srovnání jejich chování s původními předpoklady poskytuje mnohdy nesmírně cenná data pro uplatnění obdobných struktur v analogických přírodních podmínkách. Další rozvoj průzkumných a projekčních metod je proto charakterizován potřebou stálé konfrontace mezi předpokládaným a skutečným chováním stavby v daném přírodním prostředí. Jedině to je zárukou možnosti výstavby stále větších a technicky náročnějších vodních staveb v různých geologických podmínkách, s ekonomicky přijatelnými parametry, s eliminací negativních vlivů na životní prostředí a s minimální mírou rizika.
Moderní výpočetní metody interakce stavební struktury a horninového masivu vyžadují přesná data o struktuře a chování horninového masivu, zejména o jeho deformabilitě, pevnosti a propustnosti. Tato úloha je tím obtížnější, že horninový masiv nelze považovat za kompaktní, isotropní a elastický, i když určitá schematizace pro stavbu matematického modelu je nutná. Z toho pak vyplývá jeden ze základních úkolů inženýrského geologa, jímž je rozdělení horninového masivu na bloky kvazihomogenní z hlediska geotechnických vlastností a jejich charakteristika geotechnickými daty, potřebnými pro exaktní výpočet systému přehrada – horninový masiv.
Rozsah a objem prací pro inženýrsko-geologický průzkum přehradního místa je většinou stanovován bez využití určitých základních standardních postupů pro ten který typ hráze. Do značné míry je závislý na teoretických znalostech a praktických zkušenostech řešitele. I když každá stavba je zasazena do odlišných přírodních podmínek a má tedy z tohoto pohledu individuální charakter, určité standardní pracovní postupy by měly být respektovány.
Tato publikace si proto klade za cíl odstranit tento nedostatek a na základě dlouholetých zkušeností, získaných v České republice a v zahraničí, stanovuje návody k provádění a vyhodnocování inženýrsko-geologického průzkumu pro přehrady základních typů. Kniha je především určena pro odborníky – inženýrské geology, zabývající se průzkumnou činností pro přehrady. I když rozvoj přehradního stavitelství u nás prožívá v současné době určitou stagnaci, mohou být shrnuté zkušenosti základem, na němž budou stavět další generace mladých odborníků.

2. Základní kritéria projekce přehrad

Projekt každé přehrady sestává z určení všech detailů, týkajících se umístění přehrady v daných přírodních podmínkách. To znamená zejména určení typu a prostorového řešení hráze (rozměry hráze a umístění základních objektů), určení typu a požadovaných kubatur přirozených stavebních materiálů pro hráz a přidružené objekty a poskytnutí základních údajů o technologii výstavby, tj. zejména o sypání či betonáži, převedení vody během výstavby, odvodnění či utěsnění stavebních jam, koncepce zakládání objektů a souvisejících stavebních struktur. Důležitou součástí projektu je i vyjasnění střetů zájmů, vyvolaných investicí a studie vlivu vodní nádrže na ekologické změny životního prostředí. Samozřejmou součástí projektu je podrobný rozpočet nákladů na stavbu a vyvolané investice.
Přehrada uvedená do provozu je tedy velmi složitý systém, jehož prvky jsou navzájem propojeny a vzájemně se ovlivňují. Projekt přehrady musí být proto pojat jako celek s podrobným vyjasněním vzájemných vazeb mezi jednotlivými prvky. Generelní koncepce každého projektu přehrady vychází ze zásady výběru nejvhodnějšího přehradního místa, v němž se předpokládá minimální rozsah speciálních základových prací s minimem rizik porušení struktury a s nejmenšími ekonomickými náklady. Takto pojatá koncepce však může být někdy v rozporu s vodohospodářskými, energetickými, ekologickými či jinými zájmy, které pak pro umístění přehradní hráze mohou být převládajícími faktory.

2. 1. Výběr místa pro výstavbu přehrady

Problém výběru místa pro výstavbu přehrady je ovlivněn nejen faktory rázu technického, ale i netechnického. Neexistují dvě stejná povodí, u nichž by základní faktory pro kritéria výběru nejvhodnější alternativy byla totožná. Liší se mezi sebou nejen z hlediska geologických a morfologických podmínek výstavby, ale i z hledisek vývoje kulturního, sociálního a ekonomického. Nelze opomíjet ani lokální politické či jiné zájmy, národní a někdy i internacionální zájmy, zájmy ochrany přírody či ochrany nerostných surovin a další aspekty. To vše má za následek, že při výběru vhodné alternativy přehradního místa je třeba zvažovat nejen rozdílnosti vyplývající z fyzických charakteristik místa, ale i z odlišných podmínek socioekonomických, politických, ekologických a legálně-právních. Všechny tyto aspekty musí být řádně zvažovány a jejich základní strukturální vazby nesmí být negativně narušeny. Bývalé Československo bylo jednou z prvních zemí, kde již po druhé světové válce byly tyto vztahy zohledněny ve Státním vodohospodářském plánu, který se stal závazným dokumentem pro vodohospodářská opatření všech odvětví národního hospodářství. Státní vodohospodářský plán byl shrnutím vybraných výsledků systematické prognostické a koncepční činnosti. Byl souborným návrhem využití, ochrany a rozvoje vodních zdrojů a ochrany před škodlivými účinky vody. Vycházel z prognózy budoucích nároků a podmínek rozvoje národního a místního hospodářství, ochrany a tvorby životního prostředí a požadavků postupného zvyšování životní úrovně obyvatelstva. Jako takový byl podkladem pro rozhodování o dlouhodobém využití pozemků pro budoucí vodní nádrže i další vodní díla a pro zajištění ochrany povrchových a podzemních vodních zdrojů v přímém vztahu k ochraně životního prostředí.
Z hlediska inženýrsko-geologického průzkumu nás zajímají především faktory technického rázu, jejichž podíl je většinou rozhodující pro výběr přehradního místa a vodní nádrže. Tyto faktory jsou zejména následující:
a – možnosti založení přehrady v daných geologických a morfologických podmínkách bez rizik a v příznivých ekonomických mezích
b – podmínky propustnosti v přehradním místě a v zátopném území nádrže a technické možnosti zamezení průsakům v ekonomicky příznivé relaci
c – kvantifikace vedlejších účinků nádrže na břehy a přilehlé svahy a na životní prostředí
d – vyjasnění vztahu mezi vybudovanou vodní nádrží a případným negativním důsledkem v území pod nádrží, kde z důvodů řízeného vodního hospodářství dojde ke změně průtokového režimu
e – možnosti využití místních materiálů pro výstavbu přehrady
f – přístupnost staveniště a možnosti využití stávající a vybudování doplňující komunikační sítě a infrastruktury
g – srovnání vybraného přehradního profilu s jinými alternativami umístění přehrady a zhodnocení použitelnosti a výhodnosti alternativ ve vztahu ke zvažovaným faktorům
Je třeba zdůraznit, že rozhodnutí o umístění přehrady v navržených technických parametrech a řešeních se většinou vztahuje k časově vymezenému úseku dokončení projektu. Pokud se tento nerealizuje, dojde většinou ke změně v nazírání na zamýšlenou stavbu. Tato je nejen odrazem technického pokroku v inženýrsko-geologickém průzkumu, projektování a stavitelství, ale může být způsobena i okolnostmi netechnického rázu. Tak například první vydání Státního vodohospodářského plánu koncipovalo vodohospodářskou politiku v bývalém Československu v období, kdy se teprve prosazovala nutnost přechodu od izolovaných, převážně jednoúčelových vodohospodářských děl k výstavbě děl víceúčelových. Druhé vydání plánu již bylo charakterizováno přechodem k výstavbě víceúčelových soustav. Prognózy po roce 2000 se již zabývaly podmínkami globálních vodohospodářských řešení celých povodí nebo území.
Tento pokrok v nazírání a globalizaci využívání vodních zdrojů klade zvýšené nároky na kvalitu a podrobnost inženýrsko-geologického a ekologického průzkumu a na vysoce kvalifikované přehodnocení průzkumů a projektů realizovaných v předchozích desetiletích.

2. 2. Určující faktory pro výběr místa a typu přehradní hráze

Při budování vodních děl má rozhodující význam nejen správný výběr přehradního místa a výšky hladiny v nádrži, ale i volba nejvhodnějšího typu přehradní hráze. V zásadě rozdělujeme přehrady podle druhu stavební hmoty a podle typu konstrukce na přehrady z nesoudržného materiálu (sypané přehrady zemní a kamenité, smíšené typy zeminokamenitých hrází, naplavované přehrady) a přehrady ze soudržného materiálu, které podle statického účinku dělíme na tři hlavní skupiny: gravitační přehradní zdi (tížné), klenbové přehradní zdi a členěné přehradní zdi. Hlavní stavební hmotou pro posledně jmenované typy staveb je beton. Kromě uvedených základních typů existuje mezi nimi řada přechodných typů (např. smíšené zemní a gravitační betonové přehrady, kde betonový objekt plní funkci převádění velkých vod přehradou) a dále přehrady zvláštní (např. z prefabrikovaných prvků, kovové, komorové ap.).
Pro výběr nejvhodnějšího typu přehradní hráze jsou určující především přírodní podmínky zájmového prostoru, a to:
a – geologické a morfologické poměry přehradního místa a jeho základové poměry
b – geologické a seismologické poměry zájmového území z regionálního pohledu
c – možnosti využití místních stavebních materiálů, jejich množství, kvalita a přístupnost
d – klimatické podmínky a potřebný časový limit pro realizaci stavební konstrukce
Kromě uvedených základních přírodních podmínek je celá řada dalších nepřímých faktorů, které mohou ovlivnit typ přehrady. Mezi ně patří například požadovaná funkce přehrady, její národohospodářský či jiný význam, možnosti nasazení mechanismů či ruční práce, možnosti současných projekčních metod a stavebních postupů atd. Tyto nepřímé faktory přímo souvisí s ekonomickými, sociálními a politickými aspekty země. Všechny uvedené faktory se vzájemně prolínají a definitivní řešení vyžaduje proto úzkou spolupráci týmu odborníků, jejichž cílovým řešením by mělo být zachování harmonie mezi bezpečně a ekonomicky vybudovanou přehradou a zachováním příznivých podmínek životního prostředí.

2.2.1. Geologické faktory výběru přehradního místa

Geologické a tektonické poměry jsou bezesporu nejvýznamnějším faktorem při výběru vhodného přehradního místa a typu přehradní hráze. Na nich závisí možnost bezpečného a hospodárného založení přehrady. Obecně zdravé skalní podloží vyhovuje všem typům hrází libovolné výšky za předpokladu, že není nepříznivě uvrstveno a nemá možnost pohybu v porušeném podloží. Skalní základy v úzkých či nepříliš širokých údolích jsou vhodné pro všechny typy gravitačních přehradních zdí, kdežto neskalní základy s různou stlačitelností a se širokým údolím a s mírně stoupajícími svahy vyžadují některý z typů zemních či kamenitých hrází.
Gravitační betonová hráz přenáší tlak vody do základové půdy v podloží přehrady díky účinku vlastní tíže. Od vhodného staveniště gravitační hráze proto žádáme, aby přehradu bylo možno založit do dostatečně únosných hornin, které jsou v prakticky dosažitelné hloubce ve dně i na svazích údolí (Obr. 1).
Základním úkolem inženýrsko-geologického průzkumu proto bude zjištění hloubky dostatečně pevného skalního podkladu, stanovení jeho deformačních charakteristik a prognóza sedání jednotlivých částí stavby. Při nestejnorodém základu je třeba zejména dbát
na to, aby tektonické poruchy či stykové plochy hornin, vyznačující se rozdílnou pevností a deformabilitou, neprobíhaly ve směru hlavních napětí v tlaku.
Obrazek

Obr. 1 – Základní schéma přenosu tlaku vody H do základové půdy přehrady u gravitační betonové hráze. Tangenciální složku T výsledné síly R nesmí zvětšovat působení vodního vztlaku V, protože to snižuje vlastní gravitační účinek. Proto se velikost vztlaku (čára 1) zmenšuje pomocí injekční clony "i" a drenážních vrtů "d" (čára 2).

Vhodný základ pro gravitační betonovou hráz poskytují zejména přehradní místa ve vyvřelých a někdy i přeměněných horninách, neboť tyto, pokud nejsou porušeny tektonicky nebo zvětráním, jsou v podstatě pevnější než beton a jejich únosnost je zpravidla postačující.
Zvláštní pozornost si vyžadují přehradní místa v granitických horninách, neboť tyto mohou být prostoupeny podrcenými zónami, nebo se v nich mohou vyskytovat termálně rozložená pásma. Hluboké zvětrání masivu liberecké žuly podél několika systémů tektonických poruch jsme např. zjistili při inženýrsko-geologickém průzkumu přehradu u Josefova Dolu (Horský, Müller, in Sborník 1972). Obdobná překvapení však nejsou výjimkou ani u metamorfovaných hornin. Při inženýrsko-geologickém průzkumu pro přehradu v Dalešicích bylo zjištěno intenzivní tektonické porušení metamorfitů – amfibolitů a granulitů, několika systémy tektonických poruch. Mylonitová pásma, převážně tvořená mylonity a kataklazity, prodělala několik deformačních stádií a rekrystalizaci a dosahovala mocnosti až několika metrů.

Obr.6– Na obr. "a" je zjednodušené schéma hlavních nosných prvků v klenbové přehradě (podle Záruba, Mencl,1974).a – hlavní průběh klenbového působení přehrady, b — směr údolí po toku, c – krákorcovité působení v nejvyšším svislém průřezu hráze, c´ – schéma posuvu průřezu "c" po napuštění přehrady, v – vodní tlak. Na obr. "b" je znázorněno roznášení tlaku od vzduté vody v nádrži do svahů účinkem klenbové hráze (podle Petránek, Matula et al.,1982).

Všeobecně lze říci, že pro velké betonové přehrady splňují přísné nároky na smykovou pevnost, stlačitelnost a nepropustnost základů zpravidla jen nezvětralé skalní horniny. Z nich vyvřeliny a metamorfity splňují obvykle tyto požadavky pro jakýkoliv typ betonové hráze. Pokud není přehradní místo nevhodné svou morfologií či znehodnoceno komplikovanými strukturně tektonickými podmínkami. Sedimentární horniny, zejména jílovité břidlice či horniny ve flyšovém vývoji s častým střídáním břidličných a pískovcových poloh jsou vzhledem k prostoupenosti mnoha plochami mechanické nespojitosti obvykle nevhodnými základovými poměry pro klenbové či gravitační pilířové hráze.

 

  • primárními faktory, podmiňujícími vznik hornin (struktura, textura, zvrstvení, foliace, diferenciace magmatu),
  • sekundárními faktory - nediastrofickými (kontrakce a dilatace v důsledku fyzikálně-chemických změn v horninovém prostředí, exogenní procesy aj.), -diastrofickými (projevy napěťodeformačního stavu horninového masivu - vrásy, pukliny, zlomy).

 

Působením primárních a sekundárních faktorů lze zkoumané horninové masivy z hlediska mechanické nehomogenity a anizotropie rozdělit do čtyř typů:

  • Horninový masiv, u něhož se vyskytuje nehomogenita a anizotropie pouze horninové hmoty, což má za následek rozdílné vnitřní mechanické vlastnosti.
  • Horninový masiv, který je ovlivněn primárními i sekundárními (převážně nediastrofickými) faktory nehomogenity. Masiv je prostoupen plochami mechanického oslabení, podél nichž však nedošlo k porušení jeho spojitosti. Na těchto plochách dochází ke kvalitativním i kvantitativním rozdílům v pevnostní charakteristice.
  • Horninový masiv, který je ovlivněn především sekundárními (diastrofickými) faktory nehomogenity, které se projevují porušením spojitosti horninového masivu. Jejich mechanické vlastnosti jsou závislé na četnosti a charakteru mezistěnové výplně.
  • Horninový masiv je porušen prostorově definovatelnými dislokacemi, podél kterých došlo k výrazným pohybům. Tyto dislokace se projevují odlišnými mechanickými vlastnostmi a tvoří většinou hranice mezi kvazihomogenními bloky.
    Ve studovaných horninových masivech při projekci přehrad se obvykle vyskytují všechny uvedené typy. Úkolem inženýrského geologa je pak rozdělení masivu na kvazihomogenní bloky, které budou v podstatě vymezeny rozhraními mezi jednotlivými petrograficky odlišnými částmi a průběžnými dislokacemi. Tyto kvazihomogenní bloky je pak nutno ohodnotit z hlediska nehomogenity vyšších řádů, a to:
  1. z hlediska existence méně výrazných ploch mechanické nespojitosti, jejichž průběžnost byla prokázána jen v rozsahu vymezeného kvazihomogenního bloku,
  2. z hlediska puklinových systémů, které podmiňují v kvazihomogenním bloku jeho kvazidiskontinuitní charakter. Puklinové systémy je třeba ocenit v prostoru a čase co do jejich četnosti, průběžnosti, charakteru ploch a výplní na těchto plochách a mezi plochami, velikostí jejich oddálení ap.,
  3. z hlediska smykových pevností horninových bloků a ploch mechanické diskontinuity, odvozených ze smykových zkoušek hornin,
  4. z hlediska deformačních vlastností odvozených ze zatěžovacích, deformačních, seismických a jiných zkoušek. Seismická měření umožňují v rámci kvazihomogenniho bloku transformaci výsledků bodových zkoušek na celý blok.
  5. Horninový masiv v přehradním místě je dále třeba ohodnotit z hlediska stavu napjatosti před stavebním zásahem a z hlediska propustnosti definované prostorově včetně možných změn v prostoru a čase během výstavby hráze a po uvedení díla do provozu.


4 - Metodické principy provádění inženýrskogeologického průzkumu

Pro zdůvodnění projektu přehrady provádíme inženýrskogeologický průzkum, jehož obsah a objem závisí na stupni projekční připravenosti, typu, velikosti a účelu přehrady a sounáležejících struktur a v neposlední míře na místních geologických podmínkách. Mezi základní průzkumné metody patří inženýrsko-geologické mapování, geofyzikální průzkum, vrtné a báňské práce, hydrogeologický průzkum včetně laboratorních a polních metod zjištění propustnosti horninového masivu, studium fyzikálně-mechanických vlastností zemin a hornin v laboratoři a polními zkouškami.
Inženýrsko-geologický průzkum je úkol progresivní a kontinuální, začínající analýzou existující dokumentace a končící sledem výstavby a pozorováním po uvedení přehrady do provozu.

4. 1 - Úkoly inženýrskogeologického průzkumu

Rozvoj výstavby přehradních staveb vyvolal nutnost podrobné znalosti základových poměrů horninového masivu, aktivovaného výstavbou díla. Jedním z hlavních směrů inženýrskogeologického výzkumu je proto studium skalních masivů jako základů určitého typu přehradní stavby. Zatímco například u gravitační hráze podstatnou část zatížení představuje vlastní váha přehrady, dochází u klenbové hráze k podstatně většímu využití pevnosti horninového masivu zejména ve svazích, do nichž se přenáší značná část zatížení hráze vodou. Z toho vyplývá i značně rozdílný požadavek na podrobnost inženýrsko-geologického průzkumu v jednotlivých etapách projektové přípravy. Zatímco výskyty nepravidelných menších poloh stlačitelných hornin či málo mocných průběžných tektonických poruch nebo puklin či filiací nepodstatně ovlivní situování či parametry gravitační hráze, mohou se stát limitujícím faktorem pro realizovatelnost klenbové hráze v daných ekonomických mezích či termínech výstavby.
Rozsah a metodika inženýrsko-geologického průzkumu pro vodohospodářské stavby je proto otázkou velmi složitou, závislou jak na místních inženýrsko-geologických a morfologických podmínkách, tak na druhu a typu stavby, jejím rozměru, účelu a etapě projektování. Někdy jsou rozsah a metodika průzkumu ovlivněny i omezenými ekonomickými prostředky či termínovými požadavky. V těchto případech je ovšem třeba postupovat velmi citlivě a opatrně, aby ekonomická úspora dosažená na inženýrsko-geologickém průzkumu neznamenala vzápětí prodražení vlastní stavby nebo její havárii.
Charakter inženýrsko-geologického průzkumu je výrazně ovlivněn vysoký¬mi nároky, kladenými vodohospodářskou stavbou na průzkum, neboť stavba musí být založena na horninách, které lze charakterizovat poměrně malou stlačitelností, malou propustností a dostatečnou stabilitou. Kromě toho je třeba se pokud možno vyvarovat takových nepříznivých fyzikálně-geologických jevů, jako jsou sesuvy, kras, skalní zřícení, vysoce seismicky aktivní oblasti ap.
Výstavba a provoz vodohospodářské stavby má obyčejně za následek změnu inženýrsko-geologických a hydrogeologických podmínek oblasti, aktivované výstavbou díla. Jedním z důležitých úkolů inženýrského geologa a hydrogeologa je proto posoudit otázky vlivu výstavby a vlastní stavby po dokončení na přírodu a životní prostředí.
Úkolem inženýrsko-geologického průzkumu pro vodohospodářské stavby je tedy poskytnout takové inženýrsko-geologické podklady a informace, které umožní výběr nejvhodnějšího typu hráze a nejvhodnější varianty umístění a rozmístění objektů, poskytnou potřebná data pro vypracování racionálního a bezpečného projektu stavby a umožní vypracovat prognózu změn výchozích podmínek stavebním zásahem a provozem díla.
Vycházejíce z těchto základních úkolů, měl by inženýrsko-geologický průzkum vyhovovat zejména následujícím potřebám:
1. Výsledky inženýrsko-geologického průzkumu musí být dostatečné pro objektivní ocenění inženýrsko-geologických podmínek výstavby vodního díla. Projektant musí obdržet dostatečné podklady, umožňující srovnatelné a objektivní zhodnocení různých řešených variant, různého umístění a rozmístění objektů, včetně návrhu provádění stavebních prací.
2. Inženýrsko-geologický průzkum musí poskytnout základní data a charakteristiky o fyzikálně-mechanických a filtračních vlastnostech horninového masivu, umožňující vypracování optimálního a bezpečného projektu v daných přírodních podmínkách. Výsledky průzkumu současně musí poskytnout podklady pro případný návrh bezpečnostních opatření při provádění prací a po uvedení vodního díla do provozu.
3. Výsledky průzkumu musí poskytnout podklady pro ohodnocení a prognózu případných změn inženýrsko-geologických podmínek během výstavby a při provozu vodohospodářské stavby a ocenění možnosti rozvoje fyzikálně-geologických procesů v oblasti staveniště či v březích zátopné oblasti přehrady.
4. Průzkum musí zajistit dostatečné množství vhodného stavebního materiálu pro výstavbu vodního díla. Z tohoto pohledu musí být zhodnoceny i materiály z výlomových či zemních prací, aby mohly být racionálně využity.
5. Průzkum musí upozornit na případné negativní dopady během výstavby díla či po jeho uvedení do provozu, které by mohly mít zásadní vliv na zhoršení podmínek životního prostředí.

4. 2. Metodické zásady provádění inženýrsko-geologického průzkumu
Úspěch inženýrsko-geologického průzkumu pro přehrady je ve značné míře závislý na použití správných metodických zásad při jeho organizaci, provádění a zhodnocení. Nejvhodnější je projektování přehrady v několika na sebe navazujících projekčních etapách, což je v souladu s požadavkem výběru optimálního a racionálního projekčního řešení. Rozdělení prací na etapy dovoluje postupný přechod od řešení všeobecných otázek výběru nejvhodnějšího přehradního místa, typu stavby, výšky maximálního vzdutí a rozmístění objektů, až po řešení konkrétních otázek výpočtů různých prvků stavby a celého vodního díla. Zásada etapovosti inženýrsko-geologického průzkumu je nezbytnou podmínkou pro hospodárnou a kvalitní realizaci průzkumu. Stejně důležitými metodickými zásadami jsou zásada komplexnosti průzkumu a zásada jeho hospodárnosti.

4.2.1 - Zásada etapovosti průzkumu

Úspěšné řešení složitých otázek vznikajících při projektování a výstavbě přehradních staveb je možné jen při úzké a trvalé spolupráci mezi projektantem a inženýrským geologem. Proto je třeba, aby projektování a inženýrsko-geologický průzkum tvořily jednolitý technologický proces, rozdělený na příslušné projekční a průzkumné etapy, během nichž projektant staví před inženýrského geologa otázky a úkoly, inženýrský geolog je řeší a aktiv¬ně ovlivňuje svými radami výsledné projekční řešení. Zdárné vyřešení každé etapy průzkumu a projekčního stupně a formulace dalších otázek jsou předpokladem k přechodu do další průzkumné etapy.
Při etapovitém provádění průzkumu se rozsah, metodika a technika prací musí přizpůsobit povaze a cílům etapy, při čemž veškeré práce je třeba vést tak, aby se mohly stát součástí komplexu prací v etapě následující. Rozsah prací zpravidla nepřesahuje cíle příslušné etapy. Podle potřeby musí být v každé etapě plně využito prací a závěrů předchozích etap. Závěry každé etapy musí obsahovat návrh prací případné další etapy.
Podle potřeb řešení úkolu nebo na základě požadavků projektanta či odběratele průzkumu je možno etapy dále rozdělit na podetapy nebo fáze. Naopak je možno etapy i sloučit tam, kde zásadní objasnění inženýrsko-geologických a hydrogeologických poměrů je možné na základě posouzení archivních podkladů a terénní rekognoskace, nebo k tomu existují jiné závažné důvody. Tato úprava však nesmí snížit úroveň závěrů úkolu, které by vyplynuly z dodržení zásady etapovosti.

4 .2.2 - Zásada komplexnosti průzkumu

Uplatnění zásady komplexnosti při inženýrsko-geologickém průzkumu má zaručit uskutečnění všech prací potřebných pro vyřešení daného úkolu při optimálním využití všech nejnovějších poznatků vědy a techniky. Zároveň musí být zaručeno komplexní a společensky efektivní využití prostředků vynakládaných na provádění průzkumu a komplexní využívání výsledků průzkumu. Aby získané výsledky co nejúplněji vyčerpávaly problematiku úkolu, musí být organizačně zajištěna úzká spolupráce pracovníků specializovaných oborů této činnosti, zejména spolupráce inženýrského geologa s geomorfologem, s hydrogeologem, geotechnikem, geofyzikem, seismologem, geochemikem, hydraulikem, hydrologem, případně dalším specialistou. Výsledky průzkumu by měly být využitelné i pro jiné obory vědecké či hospodářské činnosti, jako je například regionální geologický či hydrogeologický průzkum, ložisková geologie a podobně. Zásada komplexnosti by se měla dodržovat ve všech etapách průzkumu.

4.2. - Hospodárnost průzkumu

Důsledné dodržování etapovosti a komplexnosti je jedním ze základních předpokladů pro dosažení společenské efektivnosti vynaložených prostředků na průzkum a pro všestranné využití jeho výsledků. Aby průzkum byl hospodárný, musíme využít před jeho zahájením všech dříve provedených prací a získaných poznatků z hlediska jeho cílů a zabránit duplicitě v provádění průzkumných prací. Během provádění průzkumných prací musíme zajistit jejich průběžnou kontrolu a zpracování výsledků tak, aby již během průzkumu bylo možné aktivně usměrňovat další vedení průzkumných prací. Při průzkumu musíme využívat všech moderních průzkumných metod, které mohou vést k zefektivnění průzkumných prací při dodržení požadované kvality výsledků.

4.2.4 - Podrobnost a přesnost inženýrskogeologického průzkumu

Inženýrsko-geologické podmínky výstavby hydrotechnických staveb nutno objasnit s dostatečnou podrobností a přesností, neboť se jedná vesměs o stavby velmi náročné jak z hlediska stavebního, tak ekonomického. Chceme-li výsledky průzkumných prací správně vyhodnotit, musíme pracovat s přesnými daty, získanými z průzkumných děl a z výsledků polních a laboratorních zkoušek. Abychom mohli správně metodicky navrhnout optimální komplex průzkumných metod v příslušné etapě průzkumu, musí i projektant nebo odběratel průzkumu dostatečně přesně definovat cíle inženýrsko-geologického průzkumu. Jeho podrobnost je závislá na použitém komplexu různých průzkumných metod a na jejich racionálně voleném objemu. U inženýrsko-geologického mapování je závislá na měřítku a přesnosti použitých mapových podkladů a u vlastního průzkumu staveniště pak zejména na počtu kvalitně provedených sond a vzdálenostech mezi nimi.

5 - Metodika provádění inženýrskogeologického průzkumu

Doporučené techniky provádění inženýrsko-geologického průzkumu pro přehradní stavby nelze považovat za standardní nebo dokonce normativní. Udávají pouze ucelený přehled nejběžněji používaných technik a metod a mohou sloužit inženýrskému geologu nebo geotechniku jako návod při provádění inženýrsko-geologických, hydrogeologických a geotechnických prací.
Náplň inženýrsko-geologického průzkumu v určité jeho etapě lze znázornit následujícím funkčním schématem:

 

Kategorie složitosti
území

 

Charakteristika inženýrsko-
geologických podmínek území
(geomorfologie, geologie, hydrogeologie,
geodynamické procesy)

 

Doplňková kritéria pro zátopnou oblast přehrady

 

 

 

A

Jednoduché IG poměry

 

 
 
 
 
 

Území s jednoduchými geologickými, geomorfologickými a hydrogeologickým poměry. Fyzikálně-geologické procesy
nejsou rozvinuty. Homogenní souvrství sedimentárních a magmatických hornin bez komplikací

 

Průsaky vody, pře-
tváření břehů a je-
jich změny v důsledku zatopení území neohrožují národní hospodářství ani bezpečnost

 

 

B

Středně složité IG poměry

 

Území formovaná heterogenním souvrstvím sedimentárních a magmatických hornin, nebo sedimentárních a metamorfovaných hornin v jednoduchém vzájemném vztahu. Geodynamické procesy, jako sesuvy, krasové jevy apod. jsou málo rozvinuty. Podzemní vody vytvářejí v rozdílných litologických celcích samostatné horizonty, jejich chemismus je heterogenní

 

 

Uvedené faktory částečně ohrožují národní hospodářství a bezpečnost

 

 

C

Složité IG poměry

 

Území se složitými geologickými a geomorfologickými poměry. Vzájemný vztah mezi rozdílnými litologickými celky je složitý, komplikovaná tektonika, rozsáhlý rozvoj geodynamických procesů. Podzemní vody rozdílných celků jsou ve velmi složitém vzájemném vztahu

 

 

Uvedené faktory významně ohrožují

národní hospodářství a bezpečnost

 

 

 

 

Tab. 1 – Kategorie území podle složitosti inženýrskogeologických podmínek.

3. Vnější podmínky - mezi ně patří např. možnosti vstupu na pozemky, časová omezení doby průzkumu a výstavby, finanční omezení investice, možnosti průzkumných organizací včetně jejich potřebné vybavenosti a získaných praktických zkušeností a v neposlední řadě technické podmínky stavby, na jejichž základě můžeme rozlišit čtyři kategorie složitosti.

 

Typ přehrady

 

Přehrady z nesoudržného materiálu

(zemní a kamenité, smíšené, zemitokamenité)

Přehrady ze soudržného materiálu (betonové klenbové, tížní a členěné) a přehrady zvláštní (kovové, z prefabrikátů, atd.)

 

 Typ základové půdy

 

Skalní

Poloskalní a zemní

Skalní

Poloskalní a zemní

Kategorie složitosti

 

 Maximální výška přehrady (m)

 

100

> 50

>100

>25

I

50 – 100

25 – 50

50 – 100 

20 – 25

II

20 – 50

15 – 25

20 – 50

10 – 20

III

< 20

< 15

< 20

< 10

IV

Tab. 2 - Kategorie složitosti stavby na základě technických charakteristik

Způsob zamýšleného využití staveniště a vnější podmínky musí být konsultovány s odběratelem průzkumu a s projektantem, neboť jsou výchozím materiálem pro zpracování projektu průzkumných prací.
0 metodách, které budou při průzkumu použity, o počtu, hloubce a rozmístění sond, o druhu a rozsahu polních a laboratorních prací a zkoušek, rozhoduje zpracovatel průzkumného úkolu s přihlédnutím k požadavkům projektanta a odběratele.
Způsob a rozsah průzkumu se volí tak, aby zjištěné poznatky o geologických poměrech a geotechnických charakteristikách staveniště byly spolehlivým podkladem pro bezpečný a ekonomický návrh stavebního využití území a jeho realizaci při respektování zájmů ochrany přírody. Metody, které jsou nejčastěji součástí komplexu prací při inženýrsko-geologickém průzkumu pro hydrotechnické stavby je možné zařadit do těchto skupin:
a - Geologické metody, b - Geofyzikální metody, c - Vrtné, báňské kopné a razící práce, odkryvné práce, odběr vzorků, d - Doplňkové práce a zkoušky ve vrtech, e - Polní zkoušky, f- Laboratorní práce, g - Měřické práce, h - Speciální práce.
Uvedené skupiny prácí nejsou taxativním výčtem všech druhů prací, které mohou být součástí průzkumu. Jejich pořadí ukazuje nejčastější postup jejich využití, ale není pořadím jejich důležitosti. Vzhledem k rozdílným možnostem jednotlivých metod je věcí zpracovatele, aby posoudil potřeby připravovaného průzkumu na straně jedné a možnosti jednotlivých metod v daném prostředí na straně druhé, a aby v projektu průzkumných prací volil rozsah a druh prací, které dají uspokojivou odpověď na všechny formulované otázky.

5.2 – Začlenění inženýrskogeologického průzkumu mezi ostatní inženýrský výzkum.
Geologické poměry oblasti uvažované pro výstavbu vodního díla bývají často tak složité, že ocenění území z hlediska plánované výstavby vyžaduje profesionální přístup a zapojení mnoha dalších příbuzných a inženýrských disciplin. Mnohaleté, častokrát těžce zaplacené zkušenosti ukazují, že několik rutinně provedených vrtů či jiných odkryvných prací nemohou nikdy nahradit bohaté zkušenosti dobrého inženýrského geologa, který vychází především ze znalostí místní a regionální geologie a geomorfologie. Je schopen učinit si představu o procesech, které se podílely na vzniku reliéfu a na základě toho vypracovat účelný a racionální plán sondovacích a odkryvných prací, posoudit a navrhnout způsob provedení vrtů a báňských děl, odběry vzorků a další potřebné zkoušky na staveništi a v laboratoři.
Odpovědnost za správnost a úplnost inženýrsko-geologického průzkumu spadá beze zbytku na inženýrského geologa, který musí zhodnotit geologické pod¬klady pro navrhované dílo tak, aby výsledky průzkumu byly přesné a dobře srozumitelné inženýru - projektantovi a ostatním spolupracovníkům. Z toho pro něj vyplývá samozřejmý předpoklad dobré orientace nejen v geologických vědách, zejména základní geologii, petrografii, tektonice a regionální geologii, ale také v inženýrských a příbuzných disciplínách, jako je geofyzika, mechanika hornin a zemin, geochemie, jílová mineralogie, seismologie a zakládání staveb. Vzhledem k intenzivnímu rozvoji všech těchto disciplín je vyloučeno, aby je jednotlivec ve všech podrobnostech obsáhl, inženýrský geolog však musí mít takový přehled, aby vždy věděl na koho a s čím se má obrátit a aby získané výsledky dovedl využít a správně interpretovat.
Inženýrský geolog musí mít i technické znalosti a dokonalé porozumění pro přírodu, aby si uměl představit hotové dílo a dovedl posoudit, jak toto bude zasahovat do přírodních poměrů, či zda tento zásah neurychlí probíhající geologické procesy. Inženýrský geolog tedy musí rozumět inženýru-projektantovi a musí tomu být i naopak, aby oba ve vzájemné spolupráci dovedli zhodnotit všechny faktory, které by mohly nepříznivě ovlivnit projektované vodní dílo.
Inženýrsko-geologický výzkum musí směřovat k zodpovězení všech vzniklých inženýrských otázek. V první etapě průzkumu je obvykle dostatečná geologická analýza na základě studia archivních materiálů a terénní rekognoskace, posouzení morfologie reliéfu, v konkrétních alternativních přehradních profilech je vhodné provedení orientačního geofyzikálního výzkumu. Později je tato analýza obohacena o data získaná podpovrchovými průzkumnými pracemi doplněnými širším uplatněním geofyzikálních a karotážních metod. Laboratorní a polní zkoušky jsou potom plánovány již ve vztahu k proponované geologické struktuře a jejich výsledky poskytují nejen technická data, ale slouží zpětně k upřesnění při interpretaci geologické stavby. Během stavby přehrady pokračuje dokumentace výchozů a výlomů s cílem prohloubit znalosti o geologické struktuře a upozornit na možný potenciální hazard. Tato dokumentace je důležitá pro doplnění celkové znalosti problematiky a je cenná z následujících důvodů:
a - poskytuje permanentní záznam geologických faktorů, pokrývá inženýrskou strukturu a dává během výstavby nedocenitelnou možnost rektifikace stavebního záměru
b - získaná data a zkušenosti jsou cenné pro zodpovědné plánování podobných projektů a staveb a dávají možnost uplatnění metody analogie v obdobných přírodních podmínkách
c - získaná data jsou přínosem pro inženýrsko-geologickou banku znalostí pro místní a regionální geologii.
Pro vodohospodářské stavby je žádoucí provádět i po dokončení díla periodické inspekce nebo revize během jeho provozu, neboť je to jedna z pozitivních cest, jak včas upozornit nebo zabránit případným poruchám stavby či zabránit nepříznivým vlivům vyplývajícím z provozu díla. Získané poznatky jsou současně cenným materiálem pro realizaci podobných staveb v obdobných přírodních podmínkách.

5.3 - Základní strategie inženýrskogeologického průzkumu

Při inženýrsko-geologickém průzkumu pro přehrady začínáme obvykle regionálním geologickým průzkumem, jehož rozsah je mimo jiné závislý na stupni dosavadní prozkoumanosti zájmového území. Teprve po jeho dokončení a výběru předpokládaného vhodného stavebního místa (prostoru pro hráz a zátopnou oblast) přistupujeme k podrobnému inženýrsko-geologickému průzkumu.
Cílem regionálního geologického průzkumu je zejména objasnění geologické historie projektované oblasti, což v podstatě znamená objasnění pochodů a procesů, které daly vznik současné geologické situaci. Zejména je třeba:
- určit regionální stratigrafii a rozšíření větších horninových komplexů, vymezit hranice mezi nimi a mezi většími horninovými jednotkami
- objasnit geomorfologické podmínky zájmové oblasti ve vztahu ke geologické historii, struktuře a regionální stratigrafii a ve vztahu k aktivní činnosti podzemních a povrchových vod, se zvláštním zřetelem na možnosti průsaků vody do sousedních povodí
- posoudit tektonické poměry zájmové oblasti ve vztahu ke stavebnímu záměru
- provést zhodnocení existujících regionálních podmínek výskytu podzemních vod a předběžné posouzení jejich režimu
- posoudit výskyt nerostných surovin z hlediska jejich využití jako stavebních materiálů a z hlediska jejich ochrany v případě národohospodářského zájmu
- provést zhodnocení aktivních nebo potenciálních geodynamických procesů, jako jsou eroze, abraze, sufóze, zvětrávací procesy, sedimentace, rozvoj krasových fenoménů, creepové pohyby, sesouvání, řičení, tektonické pohyby, poklesy horninových ker, sopečná činnost, seismická aktivita ap.
- posoudit, jakým způsobem ovlivní geodynamické procesy staveniště během výstavby nebo po jejím dokončení během provozu díla
- zhodnotit, zda lidský zásah změní probíhající aktivní geodynamické procesy nebo napjatostní stav horninového masivu a režim podzemních vod takovým způsobem, že budou nutná sanační opatření k zajištění stavby nebo jiná technická řešení
- posoudit vliv stavby a provozu díla na životní prostředí.
Množství finančních prostředků a časová návaznost na vypracování regio¬nální studie jsou v přímé závislosti na kvalitě výchozích geologických a jiných informací ve vztahu ke složitosti projektované stavby. Abychom splnili definované cíle regionální studie, musíme:
- vyšetřit a zhodnotit archivní geologické podklady, jako jsou geologické mapy, profily, dokumentace průzkumných děl, zprávy či informace o průzkumu ap.
- provést interpretaci letecké či pozemní fotogrammetrie, případně družicových snímků
- na základě zhodnocení uvedených materiálů provést terénní rekognoskaci dříve zmapovaných oblastí s kladením důrazu na přehodnocení oblastí významných z hlediska zamýšleného projektu
- zmapování oblastí a konstrukce geologických řezů tam, kde neexistují geologické mapy a podklady na úrovni vyhovující potřebám projektu.
Regionální studie by měla vyústit v sérii otázek, které by měly být zodpovězeny v etapě podrobného průzkumu.

 

Obrazek

 

Obrazek


Obr.17 - Příklad regionálního geologického průzkumu v zájmové oblasti přehrady v Dalešicích na řece Jihlavě (výsek z geologické mapy ČR v měřítku
1 : 200 000, ověřeno terénní rekognoskací). 1 - neogén (jemnozrnné písky a jíly); 2 - amfibolicko-biotitický melanokratní granit až syenodiorit; 3 - biotitické dvojslídné ruly a svory (silur); 4 - bítešská ortorula; 5 - biotitické pararuly migmatitické (bílé ruly gföhlské); 6 - biotitické ortoruly migmatické; 7 - granulity a granulitové ruly; 8 - amfibolity a amfibolicko-biotitické ruly; 9 - serpentinity; D, M - přehradní místa Dalešice, Mohelno. O.Horský,1972.


Zatímco v České republice a v zemích., kde geologický výzkum dosáhl vysokého stupně rozvoje, se v první etapě průzkumu obvykle počítá víceméně s reinterpretací již hotového, strukturně - tektonického regionálního modelu, v zemích rozvojových se většinou dostaneme do situace, kdy dořešení základního geologického výzkumu se stane limitujícím faktorem pro další zdárný rozvoj průzkumu.
Jako příklad možno uvést inženýrsko-geologický průzkum pro přečerpávací elektrárnu Centro Cuba v pohoří Escambray, kde nedokonalá prozkoumanost zájmového území a zejména názorová nejednotnost geologů základního výzkumu si vyžádaly zcela specifický přístup. Zatímco v etapě předběžného průzkumu při posuzování čtyř různých variant umístění přečerpávací vodní elektrárny (PVE) v rozdílných oblastech pohoří se ukázaly výchozí geologické podklady jako dostačující (Hrdý et al., 1981), v etapě podrobného inženýrsko-geologického průzkumu pro technický projekt stavby se ukázalo, že bez dořešení otázek základního výzkumu a bez názorového sjednocení různých geologických škol nebude možno zdárně dořešit ani inženýrsko-geologický a geotechnický model zájmového území proponovaného pro výstavbu přečerpávací elektrárny. Intenzivní rozvoj průzkumných prací přitom byl značně limitován naprostou nepřístupností horského terénu, porostlého bujnou tropickou vegetací, nepřesností topografických podkladů a vysokou časovou a odbornou náročností na dořešení otázek základního geologického výzkumu, s nímž uzavřený kontrakt nepočítal. Díky naprosté nepřístupnosti terénu, kterou podcenil i zahraniční partner, se práce pro technický projekt, proponované na 16 měsíců, protáhly o 1 rok a tím se vytvořil časový prostor pro dořešení otázek základního geologického výzkumu. Nebylo však možno striktně dodržet logický sled průzkumných prací a jednotlivé průzkumné činnosti se mnohdy prolínaly ne právě nejvhodnějším způsobem. Tak např. dodání leteckých snímků (stereodvojic) mělo být striktně požadováno již před zahájením prací a jejich vyhodnocení mělo být provedeno v České republice, neboť na Kubě k tomu nebylo vhodné technické zázemí. Toto se podařilo zajistit až po roce od zahájení průzkumných prací, tedy v době, kdy zájmové území již bylo v měřítku 1 : 5 000 geologicky zmapováno. Bylo úspěchem českých geologů, že tektonicko-strukturní schéma získané z interpretace leteckých snímků v zásadě potvrdilo dosavadní představy o geologii území, získané základním geologickýckým výzkumem. Poukázalo však také na některé nové dosud neinterpretované tektonické linie. Bylo nutno dodatečně zpřístupnit terén zarostlý bujnou tropickou vegetací prosekáním, měřicky vytýčit a zafixovat dalších mnoho kilometrů profilů a inženýrsko-geologické mapování doplnit.

Obrazek
 

Obr.18 - Tektonické schéma zájmového území přečerpávací elektrárny Centro Cuba
→ Osy toků a depresí, tektonické poruchy
------ zóna mezi rozdílným stupněm metamorfismu
xxxx průběh vrstevnic 400 a 500 n. m.

Cíle podrobného inženýrsko-geologického průzkumu jsou obdobné jako u regionálního průzkumu. Rozdílný je stupeň podrobnosti a jeho zaměření na již vymezenou stavební oblast. Hlavní pozornost je orientována na co možná nejpodrobnější vymezení všech defektních zón či oblastí označených regionálním průzkumem, spadajících do území dotčeného výstavbou díla. Cílem bude provedení strukturního modelu, který by byl odrazem místních přírodních a geologických podmínek a znázorňoval by všechny prvky důležité z hlediska zamýšlené výstavby. Nejspolehlivější cestou k získání tohoto modelu je aplikace všech faktických geologických dat, získaných na základě zhodnocení hornin ve výchozech, rýhách, šachticích, štolách, vrtech ap., tj. na základě zhodnocení přímých dat.Velmi cenná jsou však také data nepřímá, získaná na základě zhodnocení profilů geologického odporu, měření seismické refrakce a z využití dalších geofyzikálních a karotážních metod, neboť tyto získané výsledky nám umožňují extrapolaci výsledků na celý horninový masiv. Takto strukturovaný model přírodních poměrů zájmové oblasti je velmi nutný, neboť na jeho základě můžeme lépe a cíleně plánovat odběry vzorků k laboratorním zkouškám, navrhovat polní zkoušky a vůbec, usměrňovat racionálně další průzkumné práce.
Abychom zajistili výše uvedené cíle inženýrskogeologického průzkumu pro vodní dílo, provádíme zejména tyto práce:
a - Podrobné inženýrskogeologické mapování zájmové oblasti, a to pro zátopnou oblast zpravidla do topografického podkladu v měřítku 1 : 5000 nebo 1 : 10000, pro vlastní přehradní profil a důležité objekty pak v měřítku 1 : 1000. Základní inženýrskogeologická mapa je souhrnem dat z následujících pěti oblastí:
a.l - je třeba zdokumentovat geomorfologická data a charakteristiky k získání základní představy o obecném charakteru a vlastnostech reliéfu studované oblasti, jako je charakter tvaru říční sítě, ráz jeho orografie, absolutní výšky, relativní výšky, sklonitost terénu, hustota jeho rozčlenění, vymezení ploch s různými typy reliéfu, rozčlenění, seskupení a vzájemné vztahy makro a mezotvarů reliéfu, studium vývoje mikrotvarů reliéfu (růst strží, vývoj sesuvů a svahových deformací, tvary reliéfu údolních niv, okraje teras, mikrogeomorfologické a kryogenní jevy a pod.). Pro detailní geomorfologickou analýzu a charakteristiku reliéfu, k určení početnosti jeho různých tvarů a jejich vzájemných vztahů můžeme s výhodou využít leteckých nebo družicových snímků.
a.2 - povrchové geologické charakteristiky, tj. znázornění jednotlivých typů kvartérního pokryvu, jako jsou deluvia, aluvia, eluvia a jejich rozšíření, bloková pole, sesuvné oblasti atd., dále vymezení území, kde vycházejí horniny nebo výchozy hornin na povrch.
a.3 - petrografická a geotechnická charakteristika horninových a zeminových typů, jejich rozšíření a hranice mezi nimi, vymezení zón zvětrávání a rozložení hornin, mineralizovaných zón, včetně údajů o napjato-deformačním stavu horninového masivu, jeho propustnosti a anizotropii.
a.4 - charakteristika geologických struktur, strukturně-tektonická analýza horninového masivu, tj. popis a charakteristika strukturně-tektonických fenoménů a jejich různých typů, jako jsou pukliny, vrstvení plochy, tektonické linie a poruchové zóny, přesmyky, vrásové struktury, smykové zóny ap.
a.5 - charakteristika podzemních vod, jako je stanovení hloubky hladiny podzemní vody a jejího kolísání, směry proudění podzemních vod, pozice pramenů podzemních vod a vymezení oblastí, kde dochází k průsakům, zhodnocení fyzikálně-chemických vlastností podzemních vod, tak, aby bylo možno posoudit jejich původ, agresivitu a změny v průběhu roku.
Faktická mapa je potom souborem všech získaných dat, která uvádíme dle složitosti budˇ na jednom nebo více listech. Je rozdíl mezi mapou faktologickou, shrnující všechna použitá data a údaje a mapou interpretační.

Obrazek

 

Obr.19 - Příklad podrobné geologické mapy přehradního místa Dalešice, která byla realizována v měřítku 1 : 1000 (O. Horský, 1972).
1 - směrné poruchy v amfibolitech a granulitech - stressově metamorfované polohy (IIa – XII); 2 - polohy migmatitů, zpravidla doprovázející stressově metamorfované zóny (II);| 3 - tělesa ultrabazických hornin; 4 - mladší strmé zlomové poruchy směru VJV-ZSZ (A, B, C, G); 5 - mladší zlomové poruchy směru S - J, charakteristické mechanickým podrcením jako projev tříštivé tektoniky; 6 - silně rozpukaná hornina, místy tektonicky namožená a podrcená jako projev tříštivé tektoniky (S); 7 - mladší strmé zlomové poruchy směru S - J, mechanicky podrcené a chemicky alterované (P); 8 - mylonitová zóna mezi amfibolity a granulity

b - Pro konstrukci strukturálního modelu definované oblasti používáme s výhodou stereoskopické projekce. V případech zvláště komplikované geologické struktury, nebo kde vyžaduje charakter stavební konstrukce mimořádnou přesnost stanovení strukturně-tektonických prvků, přistupujeme ke konstrukci prostorového strukturálního modelu (obr.20). Tento model je velmi užitečný, neboť nám umožňuje po celou dobu průzkumu postupně si vytvářet názor na geologickou strukturu a usměrňovat průzkumné práce tam, kde máme dosud pochybnosti. Strukturální model nám dává mimořádnou možnost ke správnému ocenění průběhu defektních zón.

 

Obrazek

Obr.20 - Prostorový pracovní model přehradního místa Dalešice vyrobený z horizontálních desek z plexiskla. Autor a realizátor Otto Horský, 1972.

c – Pro podrobnější a objektivnější ocenění geologické stavby používáme s výhodou geofyzikálních metod, a to obvykle odporových a seismických, dále karotáže vrtů, méně často používáme metod geomagnetických, radiometrických, termických a gravimetrických. Kromě údajů o geologické stavbě horninového masivu a o hydrogeologických poměrech poskytují tyto metody údaje o fyzikálně-mechanickém stavu horninového masivu.
d - Důležitou součástí inženýrskogeologického průzkumu pro přehrady jsou vrty a ostatní umělé odkryvy (kopané šachtice, rýhy, štoly, odřezy a výlomy), neboť nám dávají možnost podrobného zhodnocení vrtných jader a popisu stěn odkryvných prací a stávají se tak důležitou metodou pro získání nezbytných údajů o geologických poměrech vyšetřovaného území. Umožňují také podrobnou klasifikaci hornin a zemin, přímé ocenění deformačních zón (nehomogenit, ploch nespojitostí atd.) a ocenění jejich fyzikálně-mechanických vlastností, užívajíce geotechnické terminologie.

Obrazek

Obr.21 – Umělý odřez paty pravého svahu umožnil zkonfrontovat průběh průzkumem zjištěných tektonických poruch na vodním díle Dalešice. (O.Horský, 1970).

Vrtné a odkryvné průzkumné práce umožňují nejen odběr vzorků pro laboratorní vyšetření, ale dávají možnost přímého zkoušení vlastností hornin a zemin "in situ" na povrchu či pod povrchem terénu a jejich vyšetřování nepřímými průzkumnými metodami, jako je geofyzikální karotáž, televizní sonda, fotodokumentace a videodokumentace stěn vrtů a odkryvných prací, prohlídka stěn vrtů periskopem ap.
e - Zhodnocení všech získaných dat a jejich uplatnění v geologických řezech , inženýrsko-geologické mapě a v třídimensionálním strukturálním geologickém modelu. Tato cesta nám umožňuje kontinuální analýzu dosud získaných dat, umožňuje provádět výzkum v logické posloupností, úplnosti a na požadované technické úrovni. Konstrukce strukturálního modelu nám zároveň dává možnost interpretace ploch mechanických nespojitostí, poruch, trhlin ap. s mimořádnou přesností.
Inženýrsko-geologická mapa doplněná geologickými řezy je jedním z finálních produktů námi prováděných výzkumných prací. Veškeré prováděné průzkumné práce jsou hodnoceny v každé průzkumné etapě formou závěrečných zpráv. Při průzkumu pro větší přehrady nebo pro soubor staveb je obvyklým požadavkem zpracování souhrnné zprávy na závěr veškerých průzkumných prací.

6 - Etapy inženýrskogeologického průzkumu

Etapy inženýrsko-geologického průzkumu pro přehrady se řídí, stejně jako u jiných typů staveb, projekčními etapami podle stupňů projekční přípravy. Vzhledem ke složitosti problematiky vodních staveb se dá předpokládat, že inženýrsko-geologický průzkum projde všemi etapami bez jejich slučování, při čemž předpokladem zahájení další vyšší etapy průzkumných prací bude plné a všestranné využití výsledků prací v etapě předchozí.
Jako jeden z příkladů můžeme uvést směrnici Ministerstva energetiky a elektrifikace SSSR z roku 1974 (Rukovodstvo po opreděleniju sostava i objema inženěrno-geologičeskich izyskanij dlja gidrotěchničeskovo strojitělstva), která uvádí následující projekční etapy a jim odpovídající etapy inženýrskogeologického průzkumu:
- schéma komplexního využití povodí s cílem vymezit v údolí územní celky, vhodné
pro výstavbu přehrad či energetických děl
- technicko-ekonomická studie (TEO) s cílem zhodnotit inženýrsko-geologické podmínky různých řešených alternativ a variant jako podklad pro rozhodnutí, zda je stavba realizovatelná v přijatelných ekonomických parametrech. Doporučení nejvhodnějšího stavebního místa.
- technický projekt s cílem konečného výběru stavebního místa (nejvhodnější alternativy a varianty) ve všech detailech umístění, včetně rozmístění nejdůležitějších objektů, stanovení parametrů hráze a vzdutí vody v nádrži, projekt různých opatření k zamezení průsakům, k zajištění stability výlomů a vlastní stavby.Ve směrnici se uvádí i možnost rozdělení průzkumu pro technický projekt (TP) na dvě samostatné podetapy, a to:
1 - průzkum pro konečný výběr nejvhodnější alternativy, pokud tato nebyla vyřešena již v etapě TEO
2 - průzkum ve vybraném přehradním místě.
- prováděcí projekt (PP), pro nějž se provádí inženýrskogeologický průzkum s cílem zpřesnění základových poměrů jednotlivých objektů, výlomů a různých detailů stavby.
Všeobecně se dá říci, že obdobné a velmi účelné rozdělení projekčních a jim odpovídajících průzkumných etap se používá i v České republice. V nedávné minulosti se vycházelo při rozlišování etap inženýrskogeologického průzkumu ze Směrnice č. 1 Českého geologického úřadu z roku 1975. Tato směrnice rozděluje průzkumné etapy na průzkum orientační, předběžný, podrobný, doplňkový a inženýrsko-geologické sledování výstavby.
Jednotlivé projekční etapy jsou v různých zemích specificky označovány, při čemž cíle etap se většinou ve svých záměrech shodují. Současný mezinárodní usus obvykle rozeznává následující etapy projekční připravenosti a jim odpovídající etapy předcházejícího inženýrskogeologického průzkumu (tab.3).

Tab. 3 - Rozdělení projekce a inženýrskogeologického průzkumu na etapy v různých zemích a v bývalém Československu.

Uvedené rozdělení na projekční a průzkumné etapy se většinou dodržuje, někdy však dochází ke sloučení etap bud z důvodů vnějšího zásahu (např. nutnost realizovat dílo ve vymezeném krátkém časovém limitu), nebo z důvodů jednoduchých stavebních a přírodních podmínek. Například u přehrad, kde hráz je nižší než 20 m (ve skalních horninách), nebo 10 – 15 m (v poloskalních horninách a zeminách) můžeme za předpokladu jednoduchých inženýrsko-geologických podmínek (kategorie A, tab. 1) sloučit inženýrsko-geologický průzkum v jednu etapu (tab. 4).

Tab. 4 - Doporučené rozdělení průzkumu na etapy v závislosti na kategorii složitosti inženýrskogeologických podmínek (tab.1) a na kategorii složitosti technických charakteristik (tab.2) Horský,1981.

Příkladem, kdy byly bez přerušení prací realizovány během čtyř let všechny průzkumné etapy (kromě orientačního průzkumu realizovaného v předstihu s cílem výběru vhodné lokality) je inženýrsko-geologický průzkum pro přečerpávací elektrárnu Centro Cuba v pohoří Escambray na Kubě (Horský, 1988). Realizace tak náročného průzkumu v krátkém časovém úseku čtyř let byla vynucena kubánským partnerem. Neznamenala zrovna nejekonomičtější řešení průzkumných prací a vyžádala si enormní nasazení finančních prostředků a pracovních kapacit.

Dále následují kapitoly:

7. Technické zadání a projekt geologicko-průzkumných prací
8. Inženýrskogeologické mapování
9. Hydrogeologický průzkum
10. Rozsah průzkumných sondovacích prací
11. Závěr

 

Obrazek

P r o j e k t
Funkční schéma náplně inženýrsko-geologického průzkumu.

Uvedená funkční sestava má pouze rámcovou platnost a nelze ji pokládat za předpis pro určitý sled činností v nezměněném pořadí. Funkci č. 7 je třeba po ukončení úkolu konfrontovat zejména s funkcemi č.1,2 a 3 a v případě potřeby nevyřešené problémy objasnit.

5. 1 - Volba průzkumné metody

0 volbě metody inženýrskogeologického průzkumu rozhodují zejména následující základní faktory:
1. Způsob zamýšleného využití staveniště - rozdílný požadavek na rozsah a volbu metody průzkumu bude mít izolovaný objekt nebo místně uzavřená skupina objektů (například podzemní objekt, věžový objekt, přehradní hráz), jiný zase liniová stavba (obtokové tunely, povodňová hráz, komunikace) a jiný konečně plošně rozsáhlý objekt (materiálová naleziště, náhradní sídliště, průzkum zátopné oblasti přehrady).
2. Přírodní podmínky vyšetřovaného území, to jest geografické poměry a morfologický charakter, geologické poměry, hydrologické podmínky, klimatické podmínky.
Na základě uvedených přírodních podmínek území můžeme rozlišit tři kategorie inženýrskogeologické složitosti (tab. 1).

 

 

Obrazek

Obr. 7– Schéma předpokládaných geotechnických poměrů ve výlomu pro alternativu klenbové hráze na řece Jihlavě u Dalešic (O.Horský,1969). Nevhodná orientace mladých zlomových tektonických poruch A, B, C a G v kombinaci se směrnými poruchami by mohla být příčinou vyjetí bloků horniny a porušení stability klenbové hráze. Proto byla alternativa klenbové hráze opuštěna a vybudována kamenitá přehrada.

Pokud jsou horniny příliš stlačitelné nebo se vyznačují velkou rozdílností deformability, jsou nevhodné i pro klasickou gravitační betonovou hráz. Poloskalní horniny a zeminy jsou pro betonové typy hrází nevhodné, protože nemají dostatečnou pevnost a citlivě reagují na vodu. V těchto případech je nezbytné zaměřit inženýrsko-geologický průzkum na přehradu z nesoudržného materiálu, tedy. v našich podmínkách většinou na sypanou přehradu zemní či kamenitou (rock fill).

ObrazekObrazek

Obr.8 - Klenbová přehrada Quentar na řece Aguas Blancas v provincii Granada ve Španělsku ve výstavbě. Výška hráze je 133m, délka v koruně 144m

Pokud jsou horniny příliš stlačitelné nebo se vyznačují velkou rozdílností deformability, jsou nevhodné i pro klasickou gravitační betonovou hráz. Poloskalní horniny a zeminy jsou pro betonové typy hrází nevhodné, protože nemají dostatečnou pevnost a citlivě reagují na vodu. V těchto případech je nezbytné zaměřit inženýrsko-geologický průzkum na přehradu z nesoudržného materiálu, tedy. v našich podmínkách většinou na sypanou přehradu zemní či kamenitou (rockfill).
Inženýrsko-geologický průzkum pro stavbu sypané přehrady je obdobný jako pro hráze gravitační. Vzhledem k odlišné povaze díla se však mění pořadí důležitosti jednotlivých úkolů a jejich obsah. Z tohoto pohledu je základním a limitujícím faktorem vyhledání vhodných stavebních materiálů pro výstavbu sypané hráze v blízkém okolí díla. Tyto materiály musí být objemově stálé a musí zaručovat stabilitu a nepropustnost hráze. Otázkou mimořádné důležitosti je stanovení propustnosti hornin pod hrází a navržení vhodné úpravy ke zmenšení propustnosti či škodlivých účinků prosakující vody a působících vztlaků (injekční clona a drenážní systém). Průzkum musí dát rovněž podklady k posouzení velikosti sednutí hráze a stlačení jejího podloží. Pevnostní charakteristiky hornin v základech jsou nepostradatelné pro posouzení stability hráze. Pokud stavíme sypané přehradní hráze na zeminách stlačitelných nebo náchylných ke ztrátě pevnosti v případě seismických vlivů, velmi důležitou součástí inženýrsko-geologického průzkumu bude otázka možného zpevnění těchto zemin, např. fortifikační injektáží či jinou úpravou.
Obrazek

Obr.9 – Kamenitá přehrada Valmayor na řece Aulencia v provincii Madrid ve Španělsku v období výstavby v roce 1978. Výška hráze je 59m, délka 1214 m, těsnění asfaltobetonové.

Všeobecně lze říci, že prvky geologické struktury (tektonické poruchy, vrstevnatost ap.), propustnost hornin, jejich pevnost a stlačitelnost, jsou základními determinantami ve vztahu k realizaci bezpečného a ekonomicky efektivního typu přehradní hráze.

2.2.2-Morfologické podmínky při výběru přehradního místa

Morfologické podmínky jak v ose přehrady, tak v příčném směru, významnou měrou ovlivňují volbu nejvhodnějšího typu přehradní hráze. Při tom je třeba se snažit o uplatnění typu přehrady s minimálními nároky na kubaturu hráze při zachování principu bezpečnosti realizovaného díla a jeho vhodného začlenění do krajiny. Vhodnost navrženého typu hráze je však třeba posuzovat i z hlediska možnosti efektivního rozvinutí stavebních prací.
Při morfologickém průzkumu je třeba studovat přesně tvar údolí, sklony svahů a jejich stabilitu, která ovlivňuje volbu typu přehrady. Při výběru přehradního místa se obvykle orientujeme do zúžených částí údolí s co nejvíce strmými skalními svahy, kde se obvykle očekávají i nejvhodnější geologické podmínky. Ne vždy však platí tato zásada, neboť k výhodnému zúžení údolí mohlo dojít sesutím jednoho nebo obou přilehlých svahů (obr. 10).

Obrazek

Obr.10 – Geologický profil přehrady Corojo III na Kubě. Průzkumem byl označen jako málo vhodný z důvodů výrazné svahové deformace obou přilehlých svahů a z důvodů extrémní propustnosti zkrasovatělými vápenci. Legenda : 1 - porfyrity a porfyritické brekcie, tufy a tufity, tufitické vápence série COBRE, 5 - vápence série Charco Redondo. Na kontaktu s podložními málo propustnými horninami a v příznivé kombinaci s tektonikou jsou zkrasovatělé, 6 – zkrasovatělé organogenní vápence série Charco Redondo (O. Horský, 1982).

V přehradních místech, kde jsou svahy náchylné k sesouvání, je výhodné navrhnout přehradu z místních materiálů (zemní či kamenitou), nebo betonovou masivní přehradu, aby došlo k přitížení paty svahů a tím ke zvýšení jejich stability. Tomuto řešení je však třeba přizpůsobit technologii výstavby přehrady a správně rozmístit objekty, aby nevhodným výlomem nedošlo během výstavby hráze k narušení stability svahu. To se například stalo při výstavbě přehrady na řece Guize v pohoří Sierra Maestra na Kubě, kdy při zakládání vtokového objektu došlo k podřezání svahu a k sesuvu paleogenních vápenců po křídových porfyritických tufitech (obr.11).
Lehké členěné přehrady nebo klenbové přehrady projektované v úzkých morfologicky vhodných údolích, kde je nebezpečí narušení stability svahů při výlomech nebo po uvedení díla do provozu, jsou rizikovou záležitostí, která mnohdy vede ke katastrofě (např. katastrofa přehrady Malpasset ve Francii). To byl též jeden z vážných důvodů, proč nebyla doporučena výstavba klenbové hráze v Dalešicích na řece Jihlavě, neboť pro její založení se předpokládaly výlomy údolí až do hloubky 40 m, čímž by došlo k vážnému narušení stability obou přilehlých svahů (O.Horský,1972). Později prováděné výlomové práce jasně prokázaly správnost rozhodnutí opustit projekt výstavby klenbové hráze a vybudovat kamenitou přehradu, neboť i při výlomech do 15 – 20 m došlo k narušení stability pravého svahu a jeho sesuvu do výlomu (Hrdý, Mareš,1978).
 

Obrazek


Obr.11- Sesuv paleogenních vápenců po křídových tufitech na přehradě Guiza
v pohoří Sierra Maestra na Kubě, k němuž došlo 31. 12. 1980. Objem sesutých hmot dosahoval asi
800 000m3 (Horský, 1981).

Lehké členěné přehrady nebo klenbové přehrady projektované v úzkých morfologicky vhodných údolích, kde je nebezpečí narušení stability svahů při výlomech nebo po uvedení díla do provozu, jsou rizikovou záležitostí, která mnohdy vede ke katastrofě (např. katastrofa přehrady Malpasset ve Francii). To byl též jeden z vážných důvodů, proč nebyla doporučena výstavba klenbové hráze v Dalešicích na řece Jihlavě, neboť pro její založení se předpokládaly výlomy údolí až do hloubky 40 m, čímž by došlo k vážnému narušení stability obou přilehlých svahů (Horský, 1972). Později prováděné výlomové práce jasně prokázaly správnost rozhodnutí opustit projekt výstavby klenbové hráze a vybudovat kamenitou přehradu, neboť i při výlomech do 15 – 20m došlo k narušení stability pravého svahu a jeho sesuvu do výlomu (Hrdý, Mareš, 1978).
Obrazek

Obr. 12 - Sesuv pravého svahu do výlomu pro přivaděče na přehradě v Dalešicích. PV – vrty, OŠ – obtokové štoly, SZ – smyková plocha (porušená zóna).

V úzkých skalnatých údolích se obvykle uvažuje o výstavbě klenbové betonové hráze. Při tom morfologie údolí ovlivňuje významnou měrou tvar klenby. Čím je údolí užší a hlouběji zaříznuté do horninového útvaru, tím je vhodnější pro klenbovou přehradu. Uvažujeme-li poměr šířky údolí L v koruně hráze k výšce hráze H = α
L
α = -----
H
doporučuje se běžně výstavba klenby až do poměru α = 5, pokud ovšem vyhovují geologické podmínky. Díky rozvoji moderních metod výpočtu a zkouškám na reálných modelech se horní hranice tohoto ukazatele tvaru údolí u nových klenbových přehrad zvyšuje, takže nacházejí uplatnění i v poměrně širších údolích, kde se dříve nestavěly. Tak např. klenbová přehrada Fedaia v Itálii má α = 7, přehrada Moulin Ribou ve Fracii α = 8. V práci P. Petera, L. Votruby a L. Mejzlíka (1967) se uvádí :

při α ≤ 3,5 až 4,5 jsou podmínky pro návrh klenbové přehrady velmi příznivé
při α 4,5 ≤ 6 lze navrhnout klenbu hospodárně, tvar konstrukce však vyžaduje
podrobné studium (modelový výzkum)
při α >6 se uplatňují pouze vývojové konstrukce klenbových přehrad, při čemž pro
α >12 ztrácí klenba opodstatnění, neboť objem, betonu je již větší než u přehrady tížné.

U české přehrady v Dalešicích pro alternativu klenbové hráze bylo α = 3, přesto se však její stavba z důvodů nevhodných geologických podmínek nerealizovala.
Při poměru α ≥ 5 je obvykle výhodnější postavit členěnou nebo gravitační betonovou hráz. Tak např. členěné přehrady Svarthalsforsen, Balforsen a Kragende ve Švédsku mají α = 5; 12,2; 17,5, přehrady Nant-Y-Moch a Main Shira ve Velké Británii mají α = 6,3 a 16,1, členěná přehrada Nevers v USA dokonce α = 58,8.
Všeobecně se soudí, že členěné přehrady lze výhodně uplatnit při výšce hráze od 30 – 120 m, pokud to geologické podmínky dovolují. Při nižší výšce než 30 m jsou obvykle náklady na členěnou přehradu vyšší než na gravitační hráz. Přesahuje-li výška gravitační či členěné hráze 120 m, vzrůstá podstatně objem hmot struktury a rovněž vzrůstají vztlaky v podzákladí hráze, s čímž souvisí snížení stupně stability.
V širších údolích s mírně stoupajícími svahy uvažujeme obvykle výstavbu sypané zemní či kamenité přehrady, pokud morfologie přehradního místa zaručuje stabilitu struktury na vzdušné i návodní straně a pokud se dají v přehradním místě široce rozvinout zemní práce. Sypané přehrady jsou ekonomicky efektivnější, pokud je možno hlavní objekty umístit přímo do hrázového tělesa. Pokud je třeba je stavět zvlášť (např. obtokové tunely), stavba se značně prodraží.
Co se týče stability hráze jako celku, je snadnější ji zajistit v úzkých údolích než v široce otevřených. Nevýhodou však je možnost vzniku trhlin v důsledku nerovnoměrného sedání mas ve střední části struktury a v oblastech přiléhajících ke svahům (obr. 13).
Obrazek

Obr. 13 Vznik příčných (a) a podélných (b) trhlin u sypané hráze v důsledku nerovnoměrně probíhajících deformací hráze a podloží., (c) těsnící jádro hráze.

Je zřejmé, že nebezpečnější jsou trhliny procházející napříč hrází, neboť jimi může snadno pronikat voda z nádrže a eroze materiálu může způsobit vážné poruchy hráze. Těsnící element musí být proto navržen tak, aby byl schopen snášet plasticky vznikající deformace.

Obrazek

Obr. 14 - Nejběžnější tvary přehradních míst (Peter, Votruba, Mejzlík, 1967).

S přihlédnutím na tvar přehradních profilů, které přicházejí v úvahu při stavbě přehrady, lze z morfologického hlediska rozlišit čtyři základní typy profilů (Peter, Votruba, Mejzlík, 1967):
a - profil tvaru V - vhodný pro klenbové přehrady
b- profil tvaru U - vhodný pro gravitační betonové i členěné přehrady a pro klenbové přehrady při vhodném poměru výšky k délce koruny hráze
c - profil jednostranně roztáhnutý - vhodný pro gravitační, členěné, kamenité a kombinované přehrady
d - profil oboustranně roztáhnutý s mocnými vrstvami pokryvných útvarů vhodný pro stavbu zemních a kamenitých přehrad
Morfologie místa a výskyt vhodných stavebních materiálů rozhodují v podstatné míře o typu přehrady a o volbě a rozmístění funkčních objektů. Tak například morfologie jednoho z variantních přehradních profilů na řece Caracusey na Kubě v pohoří Escambray přímo nabízela umístěni přelivu a skluzu do deprese v levobřežním zavázání hráze (obr. 15).
Obrazek


Obr.15 - Přehradní profil Pf 43 pro dolní nádrž přečerpávací elektrárny Centro Cuba v pohoří Escambray. (A) zóna uvolněných napětí, (A´) zóna snížených napětí, (C) zóna normálních napětí, F tektonická porucha, 2║3 hranice mezi rozdílnými zónami metamorfismu. Horský, 1986.

V našich podmínkách převládají dnes profily poměrně roztáhnuté, vhodné zejména pro výstavbu zemních přehrad, které u nás v současné době převládají. Vzhledem k velkým nárokům na rozměry hrázového tělesa bude v budoucnu převládat snaha po co největší minimalizaci kubatury hráze, při čemž její konstrukce musí být navržena tak, aby vyhovovala kritériu bezpečnosti.

2.2.3 - Vliv klimatických poměrů na volbu typu hráze

Klimatické poměry přehradního místa, i když nejsou rozhodujícím faktorem při volbě vhodného typu hráze, je třeba mít na zřeteli zejména při stanovení technologie a organizace výstavby.
Prudké změny teploty a zejména extrémně nízké teploty vyvolávají změny napětí v betonu. V případě gravitační betonové hráze lze vzniklé trhlinky opravit a neohrožují stabilitu hráze. U klenbových přehrad však mohou vzniklé trhliny způsobit přerozdělení napjatosti, které by v případě ne¬respektování těchto změn mohlo v krajním případě ohrozit i stabilitu přehrady. Popraskání betonu a odkrytí ocelových výztuží by mohlo být příčinou extrémní koroze oceli.
V oblastech s extrémními srážkami je poměrně výhodné stavět betonové přehrady z titulu snadnějšího zvládnutí povodní a jednodušší technologie výstavby. U sypaných zemních a kamenitých přehrad vznikají velké problémy, protože extrémní srážky ovlivňují negativně kvalitu materiálu, znesnadňují jeho hutnění a zejména těsnící jádro a filtry je třeba mnohdy uměle chránit. Vznikají velké časové ztráty a je narušován harmonogram výstavby. Velké mrazy a sníh mnohdy vyvolávají nutnost dočasného přerušení sypání hráze. V případě sypané zemní hráze homogenní střední či velké výšky je její realizovatelnost v obdobných klimatických podmínkách značně obtížná, zejména pokud je stavba limitována krátkým termínem výstavby. V takových podmínkách je pak výhodnější kamenitá hráz s poměrně úzkým jílovým těsněním nebo s těsněním umělým.

2.2.4 - Seismické vlivy

V seismicky aktivních oblastech je nutno dimenzovat přehradní konstrukce na síly, vnikající při zemětřesení. Z tohoto pohledu má každý typ přehrady rozdílné chování.
Klenbové přehrady se nedoporučují v oblastech s velkou seismickou aktivitou, protože jejich struktura je snadno narušitelná vzniklými deformacemi a posuny. Přesto byly některé klenbové přehrady postaveny v seismicky aktivních oblastech, např. v Japonsku, Kalifornii, Střední Americe, Peru ap.
Naproti tomu členěné nebo gravitační přehrady, vyznačující se určitým způsobem nezávislým chováním jednotlivých elementů, snášejí menší deformace bez rizik celkové havárie struktury. Z tohoto pohledu jsou v tomto případě nebezpečnější posuny podélné s osou hráze.
Nejvhodnějšími typy přehrad v seismicky aktivních oblastech jsou sypané hráze, které nejsnadněji snášejí následné deformace vzniklé seismickými vlivy. Vzhledem ke složitosti struktury sypané hráze jsou však značně limitovány možnosti přesné analýzy jejího chování, pokud je vystavena dynamickým účinkům během zemětřesení. To vede většinou ke konzervativnímu návrhu struktury hrázového tělesa.
V naší republice je seismicky nejaktivnější oblast Krušných hor. Na Slovensku je to oblast tzv. Dunajské propadliny. Intenzita zemětřesení se označuje podle různých stupnic, z nichž nejznámější je mezinárodní stupnice Mercaliho - Sieberta - Cancaniho (MCS), na jejímž základě byla zpracována mapa seismických oblastí bývalého Československa. V současné době se používá i novější stupnice MSK-64 (Medvedev-Sponheuer-Kárník).
Při projekci pro zabezpečení přehrad proti zemětřesení je možno postupovat dle pokynu pro navrhování hydrotechnických staveb v seismických oblastech (VUIS Bratislava, 1982) a dle norem ČSN 730036 a 731001, které uvažují působení seismických sil ve vodorovném směru.
Při inženýrsko-geologickém průzkumu pro přehrady je třeba věnovat pozornost i studiu geologické struktury z hlediska možného vzniku seismických projevů v důsledku zatížení území masou vody a vlastním tělesem hráze. Tak například na řece Mundo v provincii Albacete ve Španělsku byla postavena 49 m vysoká gravitační hráz při objemu vzduté vody 40mil.m3. Hráz byla založena v křídových vápencích bez zvláštních komplikací. Po napuštění nádrže vsak docházelo měsíčně 4 až 6x ke značně silným zemětřesením, která se projevovala někdy až 100 km daleko (Horský, 1976).
Obrazek
Obrazek








Obr.16 - Geologické poměry v okolí přehrady Camarillas na řece Mundo ve Španělsku.

Dalším průzkumem bylo zjištěno, že křídové vápence vytvářejí kopuli, v jejímž podloží se vyskytují svrchně triasové keuperské slínovce a sádrovce. V důsledku diapirického vrásnění podložních slínovců se sádrovci docházelo k deformaci nadloží a zemětřesným vlivům již v minulosti. Intenzita a četnost těchto otřesů se však zmnohonásobily po napuštění nádrže v důsledku změn v rozdělení napjatosti v okolním horninovém masivu. Po čtyřech letech nastalo poměrné uklidnění otřesů.

2.2.5 - Stavební materiály

Stavební materiály pro betonové typy přehrad musí mít kvalitu vyhovující tomuto účelu. Posouzení vhodnosti materiálu není složité a je definováno normami. Otázkou je zajištění dostatečného množství kameniva v blízkosti přehrady.
U sypaných přehrad jde o zajištění potřebného množství materiálu na výstavbu hráze z místních zdrojů. Vzhledem k tomu, že se většinou jedná o velké objemy, je vzdá¬lenost naleziště otázkou velké ekonomické důležitosti. Všeobecně lze říci, že každý materiál, který není rozpustný a je objemově stálý, lze za určitých podmínek využít k nasypání hráze. Fyzikálně-mechanické vlastnosti zemin, zejména jejich pevnost, stlačitelnost a propustnost jsou určujícími parametry pro geometrii hráze. Otázka dostatečného množství materiálů ve vyhovující kvalitě a v ekonomicky dostupné vzdálenosti od přehrady se takto stává jedním z důležitých faktorů při výběru vhodného typu přehrady.
Vyskytuje-li se vhodný stavební materiál příliš daleko od staveniště, bývá často železobetonová členěná přehrada nejhospodárnějším typem hráze, poněvadž má menší kubaturu než ostatní gravitační typy přehrad.
Řada zkušeností z poslední doby ukázala, že je snadnější při výstavbě překonat některé problémy se zakládáním objektů přehrady, než zvládnout situaci, kdy stavební materiál při těžbě vykazuje jiné než průzkumem předpokládané hodnoty. Ještě vážnějším příkladem je havárie kamenolomu, vzniklá například překročením kritérií pro stabilitu výlomových stěn, důsledkem čehož je rozsáhlá svahová deformace (Dalešice,1972).
V obdobných případech, pokud průzkumem nebylo již dříve vytipováno rezervní naleziště stavebních materiálů, dochází v důsledku zpomalení tempa výstavby k velkým národohospodářským škodám. Navíc, pokud kamenolom byl umístěn jako v uvedeném případě u Dalešic do budoucí zátopové oblasti, vyvstal nový problém se zajištěním stability svahu po napuštění přehrady.

2.2.6 - Funkce přehrady

Funkce přehrady je jedním z nejdůležitějších faktorů při stanovení zejména velikosti přehrady a kolaterálních struktur. Promítá se i do požadavků potřebné kvality základů, zejména ve vztahu k propustnosti. Rozdílný bude např. požadavek na kvalitu těsnící clony tam, kde projekt povoluje ztráty vody průsakem, ovšem při zachování kritéria bezpečnosti přehrady ve vztahu k působícím vztlakům. Některé přehrady jsou stavěny s požadavkem pouhého zadržení velkých vod a nepočítá se s trvalým nadržením vody. Jiné přehrady zase mohou sloužit k zadržení vod s cílem jejich infiltrace za účelem zvýšení zásob podzemních vod. (např.Paso Seco na Kubě).
U přečerpávacích vodních elektráren, kde dochází k rychlému kolísání hladiny, je otázkou mimořádné důležitosti zajištění stability svahů přilehlých k hrázi. Podružnější vliv na volbu typu hráze mají požadavky na převedení velkých vod během stavby, odvádění vody během katastrofálních povodní během výstavby a při provozu hráze a převedení komunikace po koruně hráze. V neposlední řadě rozhodují o typu hráze i vojenské důvody, zejména z pohledu její odolnosti proti destruktivním účinkům.

3 - Horninové prostředí jako určující faktor pro projekci přehrad

Současný rozvoj vědy a techniky umožňuje vybudovat přehradní stavby i ve velmi komplikovaných geologických a geotechnických podmínkách. Je však třeba mít na zřeteli soulad základních atributů, to znamená národohospodářské potřeby, stavebního záměru a přírodního prostředí. Stavební záměr musí vycházet z dokonalé znalosti horninového prostředí, které i přes současnou vysokou úroveň projekčních metod a stavebních postupů je stále určujícím faktorem pro volbu koncepce vodního díla. Podcenění inženýrsko-geologického průzkumu staveniště nebo zájmové oblasti dotčené výstavbou díla, může mít za následek nedocenění jeho vlivů na přírodní a životní prostředí. Tyto vlivy vyvolané výstavbou díla mohou postupně vést k nevratným ekologickým změnám, jež se mohou odrazit i ve změnách samotného horninového prostředí, jako například ve změnách procesu zvětrávání a ve změně režimu podzemních vod. V mnoha případech může nedostatečný inženýrsko-geologický průzkum vyvolat i následnou změnu koncepce stavby, nebo při její realizaci může dojít ke znehodnocení staveniště například vznikem sesuvů, nerovnoměrným sedáním apod. Krajním případem je zničení vodního díla po jeho dokončení a uvedení do provozu, které se mnohdy neobejde bez lidských obětí (Vaiont v Italských Alpách, 1963).
Pro racionální poznání horninového masivu a přírodního prostředí, ve kterém se projektuje a realizuje přehrada, je úloha inženýrských geologů a geotechniků stále závažnější, neboť v současné době stavíme smělejší a náročnější hydrotechnické stavby v komplikovanějších geologických podmínkách.
Základním stavebním prvkem zemské kůry je hornina - agregát minerálních částic a intergranulární hmoty, vzájemně vázaných kontaktními silami a silami molekulární soudržnosti. Tyto minerální částice se ve svých technických vlastnostech projevují různě a výsledná hodnota mechanického projevu horniny je pak statistickou hodnotou všech jejich stavebních součástí. Pestrost hornin ve fyzikálních a mechanických vlastnostech souvisí s jejich mineralogicko-petrografickým vývojem a s podmínkami, v nichž tyto horniny vznikaly. Hornina z petrografického hlediska stejná se může projevovat různě ve svém mechanickém projevu, který je odrazem složitých geodynamických procesů v zemské kůře, ať jde o rozdílné projevy tlaků v prostoru a čase nebo procesy větrání hornin a jiné vlivy. Obecně lze říci, že se v přírodě v celistvé a neporušené formě horniny prakticky nevyskytují, neboť zemská kůra je v důsledku probíhajících geodynamických změn porušená, heterogenní a anizotropní. Přehradní stavitelství je tedy postaveno před tu skutečnost, že nelze počítat s homogenním prostředím. Nové projekční metody, využívající moderních výpočetních metod, jako například metody konečných prvků a metody modelování procesů na reálných-fyzikálních nebo matematických modelech, však vyžadují definovat horninový masiv ve všech jeho bodech kvalitativními a kvantitativními parametry. Z těchto hledisek je proto cílem práce inženýrských geologů, geotechniků a dalších specialistů (hydrogeologů, geofyziků, geodetů ap.) rozčlenění horninového masivu do kvazihomogenních bloků, tj. do takových bloků, které se v daném měřítku pozorování a z hlediska statistického hodnocení budou chovat v mezích svého ohraničení ve svém mechanickém projevu obdobně.
Nehomogenita a anizotropie horninového prostředí stejného petrografického typu je způsobena:
 

 

 

Obrazek
 

 

Obr. 2 – Projektovaná gravitační betonová hráz přehrady Tanes na řece Nalón ve Španělsku. Výška hráze 87m, délka 174m.

Intenzívní tektonické porušení bylo zjištěno i v hloubkách přesahujících 30–50 m. V obou uvedených případech se ukázalo jako bezpečnější a výhodnější, zejména z hlediska výrazné deformační nehomogenity přehradních míst a malé stability přilehlých svahů, vybudování kamenité přehrady, i když se jinak jednalo o horniny vhodné pro výstavbu betonové hráze.
Příkladem nevhodného návrhu gravitační betonové hráze je přehrada Tous na řece Jucar ve Španělsku. I když v tomto přehradním místě probíhaly inženýrsko-geologické průzkumné práce střídavě již od roku 1933, teprve odkryvné práce v roce 1960 při zahájení výstavby ukázaly, že řečištěm probíhají dvě výrazné tektonické poruchy, které zasahují až do přehradního místa a projevují se silnou mylonitizací horniny. Šířka hlavní poruchy je větší než 50 m, ověřená hloubka porušení přesahuje 150m. Tato tektonická porucha je orientována kolmo k ose přehradní hráze, tedy zhruba rovnoběžně s generálním směrem toku. Vedlejší porucha výše ve svahu svírá s osou hráze úhel 450. Mylonity a později sedimentované terciérní sedimenty, které vyplňují do hloubky přes 50m tektonickou poruchu v údolí, mají jílovitý charakter a byly hlavní příčinou problémů zakládání. Jejich nevhodné deformační vlastnosti nedovolovaly z hlediska stability základů výstavbu gravitační betonové hráze. Proto bylo po několikaletých diskuzích až v roce 1978 přikročeno k výstavbě přehrady gravitační v kombinaci s kamenitou, při čemž muselo být vhodně využito již rozestavěných betonových gravitačních bloků (obr. 3). Přesto došlo v roce 1984 při povodních k protržení dokončené přehrady. Voda v množství 45mil.m3 vtrhla do koryta řeky Jucar a způsobila děsivé škody a ztráty na lidských životech.
Usazené horniny, jako například pískovce, arkózy, droby, vápence a dolomity, jílovité břidlice a podobné horniny, poskytují za určitých podmínek rovněž vhodnou základovou půdu pro gravitační hráz. Pevnost těchto sedimentů je závislá na stupni zpevnění a povaze jejich tmele. Usazené horniny s tmelem vápencovým a jílovým jsou obecně méně vhodné pro gravitační přehrady, popřípadě nevhodné. Vápence poskytují v některých případech dobré základy pro gravitační hráz. Vzhledem k jejich náchylnosti ke krasovatění musí být ovšem podrobně vyřešena otázka vodotěsnosti přehradního místa a zátopného území přehrady.
Pro založení gravitačních přehrad jsou naprosto nevhodné málo pevné nebo silně jílovité horniny, v nichž se vyskytují jíl a alkálie. Tyto horniny jsou silně stlačitelné, obvykle lokálně propustné, náchylné k rozpadu a mají malý odpor proti usmýknutí.
 

Obrazek

Obr. 3 – Příklad nevhodného umístění gravitační betonové hráze v silně tektonicky porušeném horninovém masivu. Přehrada Tous na řece Júcar v provincii Valencie ve Španělsku. Výška hráze: 127m, délka v koruně hráze 785m.

Na méně kvalitních skalních základech lze stavět členěné přehradní zdi, jejichž statické působení je podobné jako u masivních gravitačních přehrad. Tento typ přehrady je výhodný ve srovnání s gravitační přehradou proto, že je méně náročný na množství betonu, a že lze rozměry jednotlivých pilířů a vzdálenosti mezi nimi upravovat v závislosti na geologických podmínkách tak, aby zatížení v základové spáře pilířů nepřekročilo přípustnou mez. Vzhledem k nezávislému chování jednotlivých pilířů a možné volby vzdálenosti mezi ni¬mi lze poměrně snadno technicky zvládnout obtížné úseky (např. tektonické poruchy). Z toho vyplývá pro inženýrského geologa nutnost vyhledání přehradního místa s dobrými základovými poměry pod jednotlivými pilíři přehradní hráze, protože u tohoto typu dochází ke koncentraci tlaků pod pilíři a je proto nutno zajistit jejich odolnost proti možnému usmýknutí. Deformace mezi jednotlivými pilíři nesmí překročit projektantem stanovené hodnoty, aby nedošlo k porušení těsnícího elementu, který je spojen se všemi pilíři. Nižší členěné přehrady lze založit i na méně kvalitní horniny na betonovou základovou desku, která zatížení rovnoměrně roznáší do podloží. Obtížné úseky lze překlenout bud betonovým přemostěním nebo částečným vybráním a vybetonováním případné poruchy horniny.
ObrazekObr. 4 – Základní schéma přenosu tlaku vody do základové půdy u členěné přehradní hráze. V-tlak vody (vodorovný), Gv – svislý tlak vody, Gh – váha hráze, G – výsledná svislá síla, R – výslednice sil.
Velikost zatížení členěných přehrad se stanoví obdobně jako u přehrad gravitačních. Vodní tlak je zde důležitější silou než u typů jiných, neboť jeho svislá složka na návodním líci podstatně přispívá k zajištění stability. Čelní železobetonová deska zatěžuje podloží velmi málo, ovšem pod pilíři bývá zatížení větší než u hráze tížní. Nepříznivý účinek vztlaku je u členěných přehrad menší, neboť je menší i rozsah základové spáry. Členěných hrází je možno použít i u širších údolí vzhledem k větší úspoře betonu ve srovnání s tížnými hrázemi nečleněnými. Při progresivních typech členěných přehrad se dosahuje úspora betonu 40 – 60%.
Důležitou otázkou inženýrsko-geologického průzkumu pro členěné přehrady je posouzení stability přilehlých svahů. Hrozí zde totiž nebezpečí, že porušený a nestabilní svah by vyvíjel tlak na přehradu v jejím podélném směru, čímž by mohlo dojít k porušení hráze na jejích křídlech. Křídla lehkých členěných přehrad se proto staví obvykle jako masivní bloky.
U členěných přehrad je třeba více počítat s účinky vln, ledu a větru na návodním líci. V závislosti na nich je třeba dimenzovat tloušťku hradících desek nebo klenbiček. Důležité jsou rovněž teplotní změny, neboť štíhlé prvky členěné přehrady prakticky sledují teplotu okolního prostředí. Pokud se týče stability členěné přehrady, obdobně jako u gravitační hráze bývá rozhodující možnost usmýknutí po základové spáře.

ObrazekObr. 5 – Členěná přehrada Beleňa na řece Sorbe ve Španělsku. Výška hráze je 68m, délka v koruně hráze 472m.
Na rozdíl od gravitačních typů hrází, vzdorujícím účinkům vzduté vody vlastní vahou, klenbové hráze se vyznačují tím, že klenbovým působením se přenášejí do základů ve svazích velké síly, což klade mimořádně vysoké nároky na pevnost horninového masivu. Z tohoto pohledu vyplývá pro inženýrského geologa mimořádně náročný úkol velmi podrobného studia všech prvků mechanické nehomogenity, jako jsou tektonické poruchy, pukliny, vrstevní plochy a jejich charakter z hlediska geotechnických vlastností a jejich prostorová orientace ve vztahu k výslednici působících sil (obr.6). Jestliže je orientace prvků mechanické nehomogenity taková, že výslednice působících sil je stlačuje, konsoliduje, uzavírá, je poměrně snadné ocenit jejich deformační vlastnosti a zahrnout tyto prvky do deformačního schématu při výpočtu. Naopak, pokud je prostorová orientace prvků mechanické nehomogenity ve směru působících tlaků, je velmi nezbytné, aby se inženýrsko-geologický průzkum zabýval velmi podrobně všemi prvky nehomogenity z hlediska jejich smykových pevností. Z důvodů nepříznivé prostorové orientace prvků mechanické nehomogenity, tj. zejména systémů tektonických poruch a hlavních systémů puklin nebyla např. doporučena varianta klenbové hráze v přehradním místě u Dalešic (Horský, Müller, Novosad, 1972; Horský, Müller, 1973).
 

 

Obrazek
 

 


 

 


 

 

Jedná se jen o první kapitoly knihy. Celou knihu možno zakoupit u autora, tel: 602 791 425, nebo. email 602791425@seznam.cz
 

 


 

 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

Prosba o publikaci

Irena Smolová,2. 9. 2008 13:29

Vážený pane inženýre, dovoluji si vás požádat o Vaši publikaci. Pokud by to bylo možné radi bychom ji měli na CD nebo pokud je již v tištěné podobě v naší knihovně na katedře geografie.
Děkuji
Irena Smolová

kontakt:
RNDr. Irena Smolova, Ph.D.
katedra geografie
Přírodovědecká fakulta
Univerzita Palackého v Olomouci
třída Svobody 26
771 46 Olomouc
tel.: 585 63 4511, 775 772 315
email: irena.smolova@upol.cz

 

 

 

Z DALŠÍCH WEBŮ

REKLAMA