BIULETYN PAŃSTWOWEGO INSTYTUTU GEOLOGICZNEGO 446: 175 182, 2011 R.
METODY GEOFIZYCZNE W GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ
GEOPHYSICAL METHODS IN ENGINEERING GEOLOGY
ZBIGNIEW BESTYŃSKI1
Abstrakt. W artykule scharakteryzowano podstawowe metody geofizyczne stosowane w geologii inżynierskiej, tzn. metody geoelek-
tryczne i sejsmiczne. Podano ich podstawy fizyczne oraz zalety i ograniczenia w rozwiązywaniu zadań geologii inżynierskiej. Przedstawiono
przykłady badań geofizycznych do oceny warunków geotechnicznych budowy tuneli, stanu technicznego budowli i statecznoS
ci zboczy osu-
wiskowych, jak również warunków hydrogeologicznych podłoża tras komunikacyjnych.
Słowa kluczowe: opornoS
ć elektryczna, prędkoS
ć fal sejsmicznych, warstwa fizyczna, klasa geotechniczna, powierzchnia poS
lizgu.
Abstract. This article presents geophysical methods used for geological engineering investigations, theirs physical basis, and advantages
and limitations in geological engineering study. Some examples of geophysical investigations for solving different geological engineering
problems are also presented.
Key words: electrical resistivity, seismic wave velocity, physical layer, geotechnical class, slide boundary.
WSTĘP
Badania geofizyczne to jedne z metod rozpoznania geolo- nieniach badania te są jednak niezastąpione (np. mikrorejo-
gicznego, a w ocenie warunków geologiczno-inżynierskich nizacja sejsmiczna czy też ocena wpływu drgań podłoża na
ich główną zaletą jest możliwoS
ć przestrzennego rozpozna- budowle). W artykule opisano podstawowe metody geofi-
nia oS
rodka. Badania geofizyczne zwykle uzupełniają trady- zyczne stosowane w geologii inżynierskiej oraz przedstawio-
cyjne punktowe badania geologiczno-geotechniczne, które no kilka przykładów rozwiązywanych zagadnień.
stanowią dla nich repery geologiczne. W niektórych zagad-
FIZYCZNE PODSTAWY BADAŃ GEOFIZYCZNYCH
Podstawą wykorzystania metod geofizycznych w pro- która okreS
la parametr najlepiej odwzorowujący poszuki-
spekcji geologicznej jest zróżnicowanie właS
ciwoS
ci fizycz- wane elementy struktury geologicznej, tektonikę, litologię
nych różnych litologicznie osadów i struktur geologicznych. czy też parametry mechaniczne oS
rodka. W rozpoznaniu
W zależnoS
ci od celu badań wybiera się metodę geofizyczną, oS
rodków gruntowych i warunków hydrogeologicznych
1
SEGI-AT Sp z o.o., ul. Baletowa 30, 02-867 Warszawa; [e-mail]
176 Zbigniew Bestyński
podstawową metodą jest metoda geoelektryczna elektroopo- nych, wykorzystywana jest również metoda georadarowa.
rowa, natomiast w przypadku oS
rodków skalnych i ocenie Inne metody geofizyczne, tzn. grawimetryczna, magne-
ich parametrów mechanicznych  metoda sejsmiczna. W od- tyczna i geotermiczna, mają w geologii inżynierskiej mniej-
wzorowaniu najpłytszych struktur, głównie antropogenicz- sze znaczenie.
METODY GEOELEKTRYCZNE ELEKTROOPOROWE
Podstawą fizyczną wykorzystania tych metod w prospekcji z założeniem płasko-równoległego ułożenia warstw. Metoda
geologicznej jest zróżnicowanie opornoS
ci elektrycznej jest więc efektywna przy takim lub zbliżonym ich ułożeniu.
różnych litologicznie osadów, w szczególnoS
ci wysokoopo- Interpretacja geologiczna pomiarów polega na przyporząd-
rowych osadów piaszczysto-żwirowych i niskooporowych kowaniu kompleksów litologicznych wydzielonym warstwom
osadów gliniasto-ilastych. Czynnikami niekorzystnie wpły- fizycznym. Do udokładnienia interpretacji wskazane jest
wającymi na dokładnoS
ć i jednoznacznoS
ć interpretacji geo- wykorzystanie geologicznych otworów reperowych zlokali-
logicznej są oddziałujące na opornoS
ć elektryczną zmienne zowanych na terenie badań. Metoda VES umożliwia wydzie-
zawodnienie i mineralizacja wody nasycającej oS
rodek. lenie w oS
rodku gruntowym wysokooporowych, piaszczy-
Pomiary elektrooporowe wykonywane są w trzech warian- sto-żwirowych warstw przepuszczalnych i niskooporowych,
tach metodycznych: profilowania elektrooporowego EP gliniasto-ilastych warstw nieprzepuszczalnych. Pionowe son-
(Electrical Profiling), pionowych sondowań elektrooporo- dowania elektrooporowe wykorzystuje się głównie do okre-
wych VES (Vertical Electrical Sounding) i tomografii elek- S
lenia warunków hydrogeologicznych w osadach akumula-
trooporowej ERT (Electrical Resistivity Tomography). cji glacjalnej. Mniejsze znaczenie mają one w ocenie warun-
ków geotechnicznych podłoża.
PROFILOWANIE ELEKTROOPOROWE EP
TOMOGRAFIA ELEKTROOPOROWA ERT
Polega na okreS
leniu poziomych zmian opornoS
ci elek-
trycznej oS
rodka 4-elektrodowym układem pomiarowym Wykonywana jest układem pomiarowym składającym
o stałej długoS
ci linii zasilającej. OpornoS
ć wyznacza się wzdłuż się z 30 40 elektrod rozłożonych wzdłuż linii pomiarowej
wyznaczonych linii pomiarowych, na głębokoS
ci ustalonej w jednakowych odstępach (Loke, 1999). Pomiary przepro-
długoS
cią linii zasilającej układu pomiarowego. Pomiary wadzane są dla wszystkich 4-elektrodowych kombinacji
wykonywane są zwykle na 2 3 poziomach prospekcji i umoż- tych elektrod, spełniających warunki układu Schlumbergera-
liwiają okreS
lenie poziomego zróżnicowania litologii oS
rodka. -Wennera. Wybór kombinacji elektrod dokonywany jest
Przykładowo, powierzchniowe zróżnicowanie opornoS
ci w sposób automatyczny. Pomiar tą metodą jest równoważny
w stropie masywu fliszowego umożliwia wyznaczenie prze- wykonaniu na odcinku linii pomiarowej kilkudziesięciu son-
biegu kompleksów litologicznych budujących masyw, a na dowań VES o różnych maksymalnych długoS
ciach linii zasi-
podstawie zaburzenia ciągłoS
ci ich przebiegu  wnioskowa- lającej. Opracowanie rezultatów badań polega na podziale
nie o tektonice masywu. Badania wykonane na obszarze oS
rodka na płasko-równoległe bloki o okreS
lonych wymia-
Karpat fliszowych umożliwiły okreS
lenie empirycznej zależ- rach i przyporządkowaniu każdemu z nich takiej opornoS
ci
noS
ci: % piaskowców = f( ). W przybliżeniu można przyjąć, elektrycznej, by obliczony dla tego układu rozkład potencjałów
że procentowa zawartoS
ć piaskowców w oS
rodku fliszowym pokrywał się z okreS
lonym pomiarami. Opracowanie wyko-
równa jest połowie jego opornoS
ci elektrycznej wyrażonej nywane jest metodą modelowania matematycznego, która
w omometrach [ m]. umożliwia szczegółowe okreS
lenie zróżnicowania opornoS
ci
elektrycznej oS
rodka w płaszczyx
nie pomiarowej, zarówno
w kierunku pionowym, jak i poziomym. Interpretacja geolo-
PIONOWE SONDOWANIA ELEKTROOPOROWE VES giczna polega na przyporządkowaniu kompleksów litolo-
gicznych przedziałom opornoS
ci elektrycznej. Podobnie jak
Pomiary wykonywane są 4-elektrodowym układem pomia- w przypadku pomiarów metodą VES, do udokładnienia inter-
rowym o zmiennej długoS
ci linii zasilającej, umożliwiającym pretacji wskazane jest wykorzystanie geologicznych otwo-
przeS
ledzenie zróżnicowania opornoS
ci oS
rodka w kierunku rów reperowych. Zaletą tomografii elektrooporowej jest
pionowym, w punkcie odpowiadającym S
rodkowi układu możliwoS
ć odwzorowania poziomej niejednorodnoS
ci oS
rodka,
pomiarowego (Vogelsang, 1995). Opracowanie pomiarów co w przypadku pionowych sondowań elektrooporowych
polega na wydzieleniu w oS
rodku takiej sekwencji warstw jest bardzo ograniczone. W ocenie warunków geologiczno-
fizycznych o okreS
lonej miąższoS
ci i opornoS
ci elektrycznej, -inżynierskich poziome zróżnicowanie oS
rodka ma podsta-
by obliczony dla niej teoretyczny rozkład potencjału elek- wowe znaczenie, ponieważ nierównomierne osiadanie
trycznego pokrywał się z okreS
lonym pomiarami. Pomiary podłoża konstrukcji inżynierskich bezpoS
rednio zagraża ich
opracowuje się metodą modelowania matematycznego statecznoS
ci.
Metody geofizyczne w geologii inżynierskiej 177
METODY SEJSMICZNE
Podstawą fizyczną wykorzystania metod sejsmicznych S
rednich przeprowadzane są między dwoma liniami usytu-
w prospekcji geologiczno-geotechnicznej jest zależnoS
ć owanymi w otworach wiertniczych lub w wyrobiskach gór-
prędkoS
ci fal sejsmicznych od parametrów mechanicznych niczych. Wzdłuż jednej z nich rozmieszczone są punkty
oS
rodka. Zróżnicowanie parametrów związane jest głównie wzbudzania, a wzdłuż drugiej odbiorniki drgań. W ramach
z naruszeniem pierwotnej struktury oS
rodka, a w mniejszym cyklu pomiarowego fala sejsmiczna generowana w każdym
stopniu z jego zróżnicowaniem litologicznym. Pomiary z punktów wzbudzania rejestrowana jest wszystkimi odbior-
sejsmiczne umożliwiają wydzielenie w oS
rodku granic warstw nikami. W efekcie powierzchnia pomiarowa pokryta zostaje
o różnych prędkoS
ciach fal sejsmicznych oraz obszarów siatką promieni sejsmicznych, z których każdy niesie infor-
o obniżonych parametrach mechanicznych w strefach koncen- mację o innym jej wycinku. Cykl obliczeniowy obejmuje po-
tracji spękań związanych z uskokami, nasunięciami itp. Meto- dział powierzchni pomiarowej na elementy powierzchniowe
dami sejsmicznymi wykorzystywanymi w geologii inżynier- i utworzenie dla każdego promienia równania okreS
lającego
skiej są: metoda profilowania refrakcyjnego SRP (Seismic różnicę czasu zmierzonego i obliczonego na podstawie przy-
Refraction Profile) falami podłużnymi Vp i poprzecznymi jętej prędkoS
ci fal w każdym z wydzielonych elementów,
Vs, metoda tomografii sejsmicznej ST (Seismic Tomography) które przecina promień. Rozwiązaniem otrzymanego układu
fal bezpoS
rednich i fal refrakcyjnych oraz metoda analizy równań są prędkoS
ci fal dla każdego elementu powierzch-
spektralnej fal powierzchniowych MASW (Multichannel niowego, a stąd odwzorowanie prędkoS
ci fal na całej po-
Analysis of Surface Waves). wierzchni pomiarowej.
W metodzie tomografii refrakcyjnej przedmiotem analizy
są promienie sejsmiczne generowane falą refrakcyjną i reje-
PROFILOWANIE REFRAKCYJNE SRP strowane na powierzchni terenu. Procedura obliczeniowa
prowadząca do odwzorowania rozkładu prędkoS
ci fal w oS
rod-
Pomiary polegają na rejestracji wzdłuż wybranej linii ku nad granicą refrakcyjną jest podobna do stosowanej w to-
pomiarowej fal refrakcyjnych Vp lub Vs załamanych pod mografii fal bezpoS
rednich. DokładnoS
ć odwzorowania jest
kątem granicznym na kontakcie dwóch oS
rodków. Warun- jednak znacznie mniejsza, co wynika z niedokładnoS
ci
kiem powstania fali refrakcyjnej jest wyższa prędkoS
ć rozcho- w okreS
leniu tras przebiegu promieni sejsmicznych.
dzenia się fal w oS
rodku zalegającym głębiej. Taką sekwen- Tomografię fal bezpoS
rednich wykorzystuje się zwykle
cją prędkoS
ci charakteryzuje się profil wietrzeniowy oS
rodka do okreS
lenia zróżnicowania oS
rodków skalnych, a tomo-
skalnego, którego pierwszą warstwę stanowi zwietrzelina grafię refrakcyjną do wyznaczenia zróżnicowania warstw
chemiczna, drugą zwietrzelina fizyczna, a trzecią  lity nadkładu. Metoda tomografii fal bezpoS
rednich znajduje
masyw skalny. Opracowanie pomiarów oparte na prawach zastosowanie głównie w szczegółowej ocenie warunków
ruchu falowego umożliwia okreS
lenie głębokoS
ci i przebiegu posadowienia dużych obiektów inżynierskich oraz w ocenie
granic oraz prędkoS
ci fal sejsmicznych w wydzielonych war- stanu technicznego obiektów już istniejących. Na podstawie
stwach. Przebieg warstw odwzorowuje strukturę oS
rodka, przestrzennego zróżnicowania oS
rodka ze względu na pręd-
a prędkoS
ć fal sejsmicznych jest wskax
nikiem parametrów koS
ć fal sejsmicznych w podłożu projektowanych obiektów
mechanicznych wydzielonych warstw. Do okreS
lenia możliwe jest okonturowanie stref najsłabszych, niespełnia-
modułu sprężystoS
ci oS
rodka konieczne jest wykonanie jących wymaganego kryterium odkształcalnoS
ci. Wydzie-
pomiarów fal Vp i Vs. Wyznaczony na ich podstawie tzw. lone strefy poddaje się zabiegom wzmacniającym, a po ich
 dynamiczny moduł sprężystoS
ci Ed nie uwzględnia cech zakończeniu pomiary wykonuje się powtórnie w celu spraw-
reologicznych oS
rodka, nie może więc być bezpoS
rednio dzenia skutecznoS
ci tych działań. Taki sposób prowadzenia
wykorzystany w obliczeniach projektowych. Jego przelicze- prac umożliwia lepszą homogenizację oS
rodka i często znaczne
nie na moduł  statyczny Es, ustalony w warunkach zbli- oszczędnoS
ci (np. zmniejszenie o 30% projektowanego
żonych do obciążenia podłoża rzeczywistą budowlą, wyko- zakresu prac cementacyjnych w podłożu wież wlotowych
nuje się na podstawie formuł korelacyjnych okreS
lanych dla zapory R
winna Poręba).
danego typu oS
rodka skalnego. Dla fliszu formuła taka ma
postać: Es = a(Ed)b, gdzie dla zaburzonych tektonicznie
warstw godulskich: a = 0,056 i b = 1,43. ANALIZA SPEKTRALNA FAL POWIERZCHNIOWYCH
MASW
TOMOGRAFIA SEJSMICZNA ST W prospekcji wykorzystuje się fale powierzchniowe
Rayleigha wzbudzane w sposób sztuczny lub naturalny (mikro-
Pomiary wykonywane są w dwóch wariantach metodycz- sejsmy, falowanie, wiatr itp.). Fale (zwykle o częstotliwoS
ci
nych  tomografii fal bezpoS
rednich i tomografii fal refrakcyj- 2 30 Hz) rejestruje się rozstawem niskoczęstotliwoS
ciowych
nych (Kasina, 2001). Pomiary metodą tomografii fal bezpo- geofonów i poddaje analizie spektralnej, okreS
lając ich pręd-
178 Zbigniew Bestyński
koS
ci w funkcji częstotliwoS
ci. Fale powierzchniowe o niż- niowych jest S
ciS
le związana parametrami mechanicznymi
szej częstotliwoS
ci, a więc większej długoS
ci, propagują na oS
rodka. Metodę wykorzystuje się od okreS
lenia zróżnico-
większą głębokoS
ć, zatem w rezultacie wyznacza się zmien- wania przypowierzchniowej warstwy gruntów.
noS
ć prędkoS
ci fal z głębokoS
cią. PrędkoS
ć fal powierzch-
PRZYKŁADY ROZWIĄZYWANYCH ZADAŃ
OCENA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH OCENA WARUNKÓW GEOTECHNICZNYCH
BUDOWY TUNELI W KARPATACH FLISZOWYCH BUDOWY TUNELU
W OSADACH AKUMULACJI GLACJALNEJ
Budowa tras komunikacyjnych w rejonach górskich wiąże
się często z koniecznoS
cią budowy tuneli. Obiekty takie pro- W Sopocie projektowany jest tunel łączący ciąg komuni-
jektowane są w Zaborni na trasie Kraków Zakopane oraz kacyjny trójmiasta Gdańsk Sopot Gdynia z jego obwodnicą.
w Lalikach, w Węgierskiej Górce i w Milówce na trasie auto- Tunel o długoS
ci 1350 m będzie przecinał pasmo wzgórz
strady południe północ. W budownictwie tunelowym ze morenowych zbudowanych z piaszczysto-gliniastych osa-
względu na liniowy charakter obiektów powszechnie stoso- dów akumulacji glacjalnej. Na jego trasie wykonano kom-
wane są klasyfikacje geotechniczne (Bieniawski, 1989). Stan- pleksowe badania geofizyczne metodami sejsmiczną i geo-
dardowe klasyfikacje  Rock Mass Rating (RMR) Bieniaw- elektryczną. Na podstawie badań geoelektrycznych metodą
skiego i Rock Mass Quality (Q) Bartona  oparte są na para- VES wydzielono w oS
rodku kompleksy opornoS
ciowe, a dzięki
metrach okreS
lanych w sztolniach pilotowych tuneli. Istniała badaniom sejsmicznym refrakcyjnym  warstwy o zróżnico-
więc potrzeba utworzenia klasyfikacji geotechnicznej umoż- wanych prędkoS
ciach fal sejsmicznych Vp. Opierając się na
liwiającej ocenę geotechniczną masywu bez potrzeby wyko- danych z wierceń i sondowań geotechnicznych wykonanych
nywania sztolni pilotowych, tym bardziej że współczesne na trasie tunelu, wydzielonym warstwom przyporządko-
techniki górnicze zakładają drążenie tunelu całą S
rednicą wano litologię oraz stopień zagęszczenia (grunty sypkie)
i natychmiastową obudowę. Dla masywów fliszowych klasy- i stopień plastycznoS
ci (grunty spoiste). Na podstawie kom-
fikację taką utworzono, opierając się na parametrach geofi- pleksowej interpretacji całoS
ci badań geologicznych, geo-
zycznych. Podstawą jej stworzenia był fakt, że parametry technicznych i geofizycznych oS
rodek podzielono na war-
geotechniczne klasyfikacji RMR i Q można podzielić na stwy geotechniczne, przydzielając każdej z nich litologię,
dwie grupy  pierwsza z nich opisuje wytrzymałoS
ć i roz- stopień zagęszczenia lub plastycznoS
ci oraz przedziały opor-
drobnienie materiału skalnego, a druga tarcie między blo- noS
ci elektrycznej i prędkoS
ci fal sejsmicznych. OkreS
lono
kami budującymi masyw. Każdą z tych dwóch grup można w ten sposób warunki geotechniczne drążenia tunelu (tab. 2).
opisać jednym parametrem geofizycznym: pierwszą prędko- Bardziej szczegółowy opis badań i uzyskanych rezul-
S
cią fal sejsmicznych, a drugą opornoS
cią elektryczną oS
rodka. tatów przedstawiono na XI Kongresie ISRM w Lizbonie
Klasyfikację utworzono na podstawie korelacji klasy RMR (Bestyński, Thiel, 2007).
ze wskax
nikiem KFG (Klasyfikacja Geofizyczna Fliszu),
będącym kombinacją parametrów geofizycznych Vp i .
Korelację przeprowadzono, opierając się na pomiarach geo- OCENA STATECZNOR
CI ZBOCZY OSUWISKOWYCH
fizycznych i geotechnicznych wykonanych na 22 stanowi-
skach pomiarowych w sztolniach badawczych zlokalizowa- IloS
ciowa ocena statecznoS
ci zbocza to prognoza oblicze-
niowa, w której konieczne jest okreS
lenie geometrii powierzch-
nych na terenie całych Karpat fliszowych i reprezentujących
pełny zakres zróżnicowania fliszu, tak pod względem litolo- ni poS
lizgu i wytrzymałoS
ci materiału ze strefy poS
lizgu.
gicznym, jak i tektonicznym. Zestawienie danych pomiaro- Geometrię powierzchni poS
lizgu można okreS
lić metodą sej-
smicznego profilowania refrakcyjnego. Podstawą jej wyko-
wych wykorzystanych do utworzenia KFG przedstawiono
rzystania jest w tym przypadku fakt, że materiał skalny, który
w tabeli 1. Klasa geotechniczna okreS
la warunki drążenia
i utrzymania tunelu, umożliwia również ocenę odkształcal- podlegał zsuwowi, charakteryzuje się niższą od nienaruszo-
nego podłoża prędkoS
cią fal sejsmicznych, a więc przebieg
noS
ci oS
rodka w skali oddziaływania obiektu, zarówno ze
granicy refrakcyjnej odwzorowuje powierzchnię poS
lizgu.
względu na czas, jak i przestrzeń. WiarygodnoS
ć KFG
została potwierdzona w czasie drążenia sztolni hydrotech- Metodę sejsmiki refrakcyjnej standardowo stosuje się do
odwzorowania przebiegu powierzchni poS
lizgu osuwisk
nicznych zapory R
winna Poręba oraz tunelu w Lalikach.
Klasyfikację Geofizyczną Fliszu przedstawiono na IX Kon- zlokalizowanych na obszarze Karpat fliszowych. Uprosz-
czoną, ale również iloS
ciową prognozą statecznoS
ci zboczy
gresie ISRM w Paryżu, (Bestyński, Thiel, 1999), a rezultaty
badań na trasach tuneli w Zaborni i Lalikach  na konferen- osuwiskowych jest metoda SMR (Slope Mass Rating), oparta
na klasyfikacji geotechnicznej oS
rodka. Jej podstawą jest
cji NARMS-TAC w Toronto (Bestyński, Thiel, 2002).
Metody geofizyczne w geologii inżynierskiej 179
Tabela 1
Zestawienie rezultatów badań geotechnicznych i geofizycznych na terenie Karpat fliszowych
Results of the geotechnical and geophysical measurements of the Carpathian flysh area
Rejon Geologia OdkształcalnoS
ć [MPa] Klasa geotechniczna KFG
Metody Metody statyczne Według Według Parametr Liczba
dynamiczne odkształcalnoS
ci KFG geofizyczny klas. KFG
podłoża
obiektu
Litologia Tektonika Akus. Sejm. Es D Es D Es D Es D Vp WartoS
ć

[2 m2] [2 m2] [0,5 m2] [0,5 m2] [m/s] [pkt]
[ m]
p-ce
Besko M1 niazaburzona  24 000 11 900 11 600  7300 10 930 1080 3800 350 70,5
(95%)
p-ce S
rednio
Besko M2  14 500 4220 4010 3310 2240 3950 3900 2040 1400 2800 110 34,2
(70%) zaburzona
p-ce S
rednio
Besko M3  12 000 2980 1710 2750 1480   1260 831 3000 30 25,0
(5%) zaburzona
Dobczyce p-ce
niezaburzona  17 000 5200 4800 3200 3200 5200 2500 5780 5120 3200 300 56,9
M1 (99%)
Dobczyce zlep.
niezaburzona  15 200 4050 3700 3960 3680   3800 3120 3000 250 48,2
M2 (98%)
Klimkówka p-ce S
rednio
 14 900 1540 1100 1100 810  2000 1400 3000 100 34,7
M1 (45%) zaburzona
Klimkówka p-ce S
rednio
 22 000 7400 5900 3100 2750   5860 5150 3800 300 57,8
M2 (95%) zaburzona
Klimkówka p-ce S
rednio
 16 000 3100 2750     2070 1500 3100 100 35,3
M4 (60%) zaburzona
Krempna p-ce S
rednio
 10 700 2460 1240     1680 1170 2600 80 31,0
KM (40%) zaburzona
Porąbka-Żar p-ce S
rednio
 18 400   600 370   1940 1400 3100 90 34,2
M1 (50%) zaburzona
Porąbka-Żar p-ce S
rednio
 19 000   2300 1870   2100 1530 3200 100 35,7
M2 (45%) zaburzona
Porąbka-Żar p-ce słabo
 18 400   3200 2370   1900 1360 3100 85 33,6
M4 (45%) zaburzona
Porąbka-Żar p-ce S
rednio
 10 000 2750 2440   2800 2100 1680 1150 2100 150 30,7
M5 (90%) zaburzona
Porąbka-Żar p-ce silnie
 16 700 1600 1365   1925 1400 1480 1000 3000 50 28,3
M6 (15%) zaburzona
R
winna p-ce brekcja
 5800 760 340 365 318   1030 660 1900 90 20,9
Poręba M1 (40%) tektoniczna
R
winna p-ce brekcja
 8700 1310 690 400 240   1530 1020 2300 110 28,6
Poręba M2 (70%) tektoniczna
R
winna p-ce brekcja
 6700 660 240     1090 700 2000 120 22,0
Poręba M3 (85%) tektoniczna
R
winna p-ce słabo
 12 600 2020 1400     2040 1480 3100 150 35,1
Poręba M4 (80%) zaburzona
R
winna p-ce S
rednio
 6250 820 670 500 400   1600 1120 1800 180 30,2
Poręba M5 (90%) zaburzona
R
winna p-ce S
rednio
 6250 650 460 635 327   1600 1120 1800 185 30,2
Poręba M6 (90%) zaburzona
R
winna p-ce słabo 32
19 800 3300 2400 3300 2940   2590 1960 3200 120 40,0
Poręba S1 (60%) zaburzona 230
R
winna p-ce brekcja
9310 5455 380 215 450 360   990 625 1900 90 20,0
Poręba S2 (60%) tektoniczna
Es  moduł sprężystoS
ci; D  moduł odkształcenia; p-ce  piaskowce; zlep.  zlepieńce
Es  elasticity modulus; D  deformation modulus; p-ce  sandstones; zlep.  conglomerates
180 Zbigniew Bestyński
Tabela 2
Parametry geotechniczne i geofizyczne wydzielonych warstw geotechnicznych na trasie tunelu
łączącego ciąg komunikacyjny trójmiasta z jego obwodnicą
Comparision of geotechnical and geophysical parameters of geotechnical layers on the route of the tunnel
connecting Gdynia Gdańsk Sopot metropolitan area with the ring road
Warstwa Litologia Stopień zagęszczenia Stopień plastycznoS
ci OpornoS
ć PrędkoS
ć fal
geotechniczna ID IL podłużnych Vp
elektryczna
[m/s]
[ m]
piasek drobny,
I 0,38  b. zmienna 200 300
humus (Q)
piasek drobny
II 0,54  b. zmienna 450 700
i pylasty (Q)
piasek drobny
IIIa 0,81  100 240 900 1800
i pylasty (Q)
piasek
IIIb 0,84  100 240 900 1800
różnoziarnisty (Q)
IV glina piaszczysta (Q)  0,4 50 70 600 700
V glina piaszczysta (Q)  0,2 50 120 900 1800
ił, pył,
VI  0,0 40 70 900 1800
piasek pylasty (neogen)
z bloków wykonano pomiar między otworami zlokalizowa-
założenie, że statecznoS
ć zbocza zależy od wytrzymałoS
ci
nymi przy jego bocznych S
cianach. Uzyskane na tej podsta-
materiału budującego zbocze, od wzajemnej relacji kątów
wie mapy rozkładu prędkoS
ci fal sejsmicznych wskazują,
upadu i rozciągłoS
ci zbocza oraz potencjalnej powierzchni
w których rejonach i w jakim stopniu beton budujący każdy
poS
lizgu. Wskax
nik SMR okreS
la się na podstawie klasy
z bloków jest osłabiony. Po zakończeniu cementacji pomiary
geotechnicznej RMR lub KFG masywu, poprzez wprowadze-
powtórzono w identycznej lokalizacji i z zastosowaniem tej
nie współczynników korygujących zależnych od wzajemnej
samej metodyki. Porównanie map prędkoS
ci uzyskanych
relacji wspomnianych kątów. Metodę SMR wykorzystano
przed cementacją i po niej wskazuje z kolei, w którym rejo-
do oceny statecznoS
ci zbocza w rejonie wież wlotowych
nie danego bloku i w jakim stopniu beton został wzmoc-
zapory R
winna Poręba. Osuwisko znajdujące się powyżej
niony i uszczelniony. Pomiary takie umożliwiają optymalne
wież wlotowych zagrażało ich konstrukcji, a prognoza sta-
zaprojektowanie prac cementacyjnych, a po ich zakończeniu
tecznoS
ci zbocza wykonana metodą SMR wykazała prawdo-
ocenę skutecznoS
ci wzmocnienia i uszczelnienia oS
rodka
podobieństwo zsuwu wynoszące 0,9. Potwierdziła się ona
oraz lokalizację ewentualnych otworów doszczelniających.
w czasie robót ziemnych. Osuwisko uaktywniło się, co spowo-
Metodykę i rezultaty badań na przykładzie VI bloku kor-
dowało koniecznoS
ć jego stabilizacji. Wykonano ją metodą
pusu zapory w Wapienicy przedstawiono szczegółowo na
kotwienia koluwiów do litego skalnego podłoża i torkreto-
XIV Międzynarodowej Konferencji Technicznej Kontroli
wania. Bardziej szczegółowy opis osuwiska i wykonanych
Zapór w Wałbrzychu (Bestyński, 2011).
badań przedstawiono na VII Konferencji Naukowo-Tech-
nicznej z cyklu Geofizyka w Geologii, Górnictwie i Ochro-
nie R
rodowiska w Krakowie (Bestyński, 2009).
OCENA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH
WZDŁUŻ TRAS PROJEKTOWANYCH DRÓG
I AUTOSTRAD
OCENA STANU TECHNICZNEGO
I SKUTECZNOR
CI PRAC REMONTOWYCH
Drogi i autostrady, szczególnie przy dużym natężeniu
ZAPORY BETONOWEJ
ruchu, niekorzystnie wpływają na S
rodowisko naturalne
i stwarzają zagrożenie dla zbiorników wód podziemnych.
Badania wykonane metodą tomografii sejsmicznej fal
Konieczne jest więc szczegółowe rozpoznanie warunków
bezpoS
rednich obejmowały betonowy korpus zapory czołowej
hydrogeologicznych wzdłuż projektowanych tras komunika-
w Wapienicy. Zapora, zbudowana w latach 1928 1932
cyjnych. Jednym ze sposobów takiego rozpoznania są po-
i składająca się z 19 bloków, wykazywała przecieki. Zdecy-
miary elektrooporowe metodami VES i ERT. Umożliwiają
dowano więc, że należy ją uszczelnić i wzmocnić metodą
one wydzielenie w oS
rodku wysokooporowych warstw
iniekcji cementowych z otworów wierconych w koronie
przepuszczalnych będących zbiornikami wód podziemnych
zapory, przewiercających jej korpus i zagłębiających się
i niskooporowych warstw nieprzepuszczalnych izolujących
w skalne podłoże. Przed rozpoczęciem cementacji w każdym
Metody geofizyczne w geologii inżynierskiej 181
te zbiorniki przed zanieczyszczeniem. Aby ocenić skutecznoS
ć płasko-równoległego ułożeniu warstw. W przypadku skom-
pomiarów, wymienionymi metodami wykonano badania na plikowanej geologii konieczne jest przeprowadzenie badań
5 odcinkach doS
wiadczalnych o długoS
ciach po ok. 1000 m, metodą ERT. Pomiary metodą VES w takich warunkach
zlokalizowanych w zróżnicowanych warunkach geologicz- często nie odwzorowują lokalnych nieciągłoS
ci nieprze-
nych. Na każdym odcinku wykonano badania metodą VES puszczalnej warstwy izolującej, które stanowią potencjalne
(z odległoS
ciami między punktami pomiarowymi równymi x
ródło zanieczyszczenia zbiornika wód podziemnych.
100 m) oraz badania metodą ERT, jak również przekrój Szczegółowe rezultaty badań na wszystkich odcinkach do-
hydrogeologiczny na podstawie kilku wierceń. Uzyskane S
wiadczalnych przedstawiono w Poradniku Metodycznym
rezultaty wskazują, że badania metodą VES są wystarcza- (Rodzoch, 2006).
jące tylko przy prostej budowie geologicznej i zbliżonym do
WNIOSKI
1. Opisane przykłady potwierdzają celowoS
ć wykorzy- 3. Badania sejsmiczne umożliwiają:
stania badań geofizycznych w rozpoznaniu geologiczno-  ocenę odkształcalnoS
ci podłoża obiektów inżynierskich
-inżynierskim. i ocenę skutecznoS
ci zabiegów wzmacniających podłoże,
2. Badania elektrooporowe umożliwiają:  okreS
lenie stanu technicznego obiektów inżynierskich
 wydzielenie w oS
rodku gruntowym warstw przepusz- oraz ocenę skutecznoS
ci ich wzmacniania i uszczelniania.
czalnych i nieprzepuszczalnych i na tej podstawie 4. Badania sejsmiczne i elektrooporowe umożliwiają
ocenę warunków hydrogeologicznych podłoża obiek- ocenę klasy geotechnicznej masywów fliszowych, a na jej
tów inżynierskich, podstawie także okreS
lenie optymalnej techniki drążenia
 okreS
lenie składu litologicznego masywów fliszowych i obudowy tuneli oraz iloS
ciową ocenę statecznoS
ci zboczy
oraz wnioskowanie na temat ich tektoniki, osuwiskowych.
LITERATURA
BESTYŃSKI Z., 2009  Badania geofizyczne w budownictwie route of planned communication tunnel. Proceedings, XI Inter-
hydrotechnicznym. Zesz. Nauk. AGH, Geologia, 35, 2/1: national Congress on Rock Mechanics ISRM 2007. Lizbon.
393 403.
BIENIAWSKI Z.T., 1989  Engineering Rock Mass Classifica-
BESTYŃSKI Z., 2011  Metody geofizyczne w ocenie stanu tech- tion. John Wiley & Sons, New York.
nicznego i skutecznoS
ci prac remontowych obiektów hydro-
KASINA Z., 2001  Tomografia sejsmiczna. Wydaw. IGSMiE
technicznych. Bezpieczeństwo Zapór  Nowe Wyzwania. Seria
PAN, Kraków.
Monografie IMGW-PIB: 136 142.
LOKE M.H., 1999  Electrical imaging surveys for environmental
BESTYŃSKI Z., THIEL K., 1999  Flysh geotechnical properties
and engineering studies. ABEM Ltd. [http://www.georentals.
by the Geophysical Classification Index KFG. Proceedings,
co.uk/Lokenote.pdf].
IX International Congress on Rock Mechanics ISRM 1999, 2:
RODZOCH A., 2006  Zasady sporządzania dokumentacji okre-
1339 1348.
S
lających warunki hydrogeologiczne w związku z projektowa-
BESTYŃSKI Z., THIEL K., 2002  Geotechnical investigation at
niem dróg krajowych i autostrad. Poradnik Metodyczny.
the predesign tunnel location. North American Rock Mass
Instytut Ochrony R
rodowiska, Warszawa.
Symposium & Tunneling Ass. of Canada, Toronto 2002  paper
VOGELSANG D., 1995  Environmental geophysics. A practical
number 352.
guide. Springer-Verlag, Berlin.
BESTYŃSKI Z., THIEL K., 2007  Geophysical investigation to
evaluate geotechnical condition in glacial deposits along the
SUMMARY
This paper presents geophysical methods, especially for solving different geological engineering problems are
electric resistivity profiling, sounding and tomography, also also presented. These examples include:
seismic refraction profiling and tomography, their physical  electric resistivity and seismic refraction measurements
basis, advantages and limitations in geological engineering for estimation of geophysical classification index KFG
investigations. Some examples of geophysical investigations and determination on that basis of geotechnical condi-
182 Zbigniew Bestyński
tions on the route of communication and hydrotechnical  seismic tomography method for determination of tech-
tunnels drilled in the flysch formation; nical conditions of concrete dam body and efficiency of
 electric resistivity vertical sounding and seismic refrac- their renovation;
tion profiling for estimation of geotechnical condi-  electric resistivity vertical sounding end electric resi-
tions on the route of communication tunnels in gla- stivity tomography measurements for determination of
cial deposits; hydrogeological conditions of the basement along high-
 determination of flysch slope stability using SMR (Slo- way routes.
pe Mass Rating) index defined on the basis of geophysi- Geophysical investigations were very useful for solving
cal classification index KFG and adjustment factors F1, all presented geological engineering and geotechnical
F2, F3; problems.