6. Geotechnický monitoring

Monitoring je chápán jako kontrola a sledování stavu sesuvu v čase. Jeho činností se zjišťují zvláště změny rychlosti pohybu sesuvu, změny geometrie a změny mechanických a fyzikálních vlastností v zóně sesouvání. V případě, že byl sesuv sanován, sleduje se funkčnost použitých sanačních prvků a případná nutnost jejich údržby. Monitoring je dlouhodobý proces a trvá mnohdy až desítky let.

6.1 Sledování pohybu na povrchu a v hloubce

Pro posouzení postupného vývoje sesuvu a účinnosti sanačních prvků je nezbytné systematické měření pohybu (video 6.1.1a – Příklad výsledku měření pohybu – Šance, video 6.1.1b, video 6.1.1c).

K tomuto účelu se používá celá řada zařízení, která jsou schematický znázorněna na obr. 6.1.1a,b a popsána v následujících podkapitolách (6.1.1 a 6.1.2). Nejsou zde uvedeny metody geodetického měření, tyto jsou zpracovány a schematicky znázorněny v podkapitole 6.1.1.1 a na obr. 6.1.1.1.1.

6.1.1 Sledování pohybu na povrchu

6.1.1.1 Geodetická měření

Ke sledování pohybu na povrchu existuje celá řada metod, které umožňují měřit absolutní nebo relativní změny mezi pevnými a pozorovacími body. Na obr. 6.1.1.1.1 je znázorněn příklad instrumentace sesuvu s vyznačením základních měřicích prvků pro geodetická sledování pohybu sesuvu.

Pokud je znám směr pohybu sesuvu, postupuje se metodou záměrné přímky. Metoda se používá pro hrubý odhad rychlosti a velikosti pohybu. Po vrstevnicích se přes těleso sesuvu v jedné řadě instalují kolíky zaražením do země, v případě pohybu sesuvu se kolíky vychylují z řady. Odchylky kontrolovaných bodů od záměrné přímky se měří teodolitem. Záměrná přímka se volí kolmo na směr pohybu, aby měřené odchylky byly blízké horizontálním složkám vektoru skutečného posunu. Na obr. 6.1.1.1.2a,b je ukázka rozmístění záměrných přímek na sesuvu u Nechranic se znázorněním vektorů pohybu a na sesuvu u Sučan, kde k největším pohybům došlo na bodech ve střední části sesuvu - 124 cm za 10 let.

V případě, že není znám směr pohybu nebo se svah nachází v nepřehledném a zarostlém terénu lze využít geodetické metody určování polohy bodu v prostoru. Velmi často se používá některá z metod protínání úhlů nebo délek, a to v případě, že je možné zaměřovat kontrolované body ze dvou nebo více stabilních bodů. Při záměrách do vzdálenosti 600 m je u obou metod srovnatelná přesnost, při záměrách delších než je 600 m je lepší uplatnit délková měření.

Horizontální a vertikální posuny lze zjišťovat také trigonometrickou metodou, při níž se měří úhly (horizontální i vertikální) a vzdálenosti. Z naměřených údajů lze vypočítat polohové i výškové posuny pozorovacích bodů (obr. 6.1.1.1.3).

Délková měření elektrooptickými přístroji představují velmi přesnou a rychlou metodu, kterou je výhodné kombinovat s trigonometrickým měřením.

Totální samočinné optické přístroje jsou schopny jedním zařízením měřit všechny určující veličiny (vodorovný úhel, zenitový úhel a vzdálenost). Přístroje mohou podle typu dosáhnout přesnosti až 0,5 úhlové vteřiny a vzdálenosti 1 mm + 1 mm z každého km (Rozsypal, 2001).

Velikost pohybu význačných bodů lze také stanovit pomocí metody pozemní fotogrammetrie, tj. srovnáním snímků pořízených současně ze dvou nebo více pevných bodů, z nichž je vidět celý sesuv. U této metody je nutné na sesuvu vyznačit vlícovací body a zajistit pevné fotogrammetrické stanovisko na stabilním území (Záruba, Mencl, 1987). Při použití kvalitní přístrojové techniky, která je ovšem poměrně drahá, lze dosáhnout přesnost 0,03 až 0,05% vzdálenosti mezi stanovištěm kamery a kontrolovaným bodem.

V zarostlých terénech se také vyjímečně používá metoda měření polygonálních pořadů, jejíž přesnost závisí na použitých přístrojích a rozsahu sledovaného území. Chyby dosahují desítek mm.

Novější postupy směřují k využívání lehkých, dostatečně přesných elektronických dálkoměrů E.D.M. (pomocí elektromagnetických vln).

Hlavním principem kontrolního sledování pohybu sesuvu Řečice (video 6.1.1.1.1) je měření pohybu bodů na sesuvu vůči stabilním - referenčním - bodům mimo sesuv (obr. 6.1.1.1.4). Tato měření probíhají v několika úrovních: geodetická měření úplná - navázaná na trigonometrické body základní sítě, geodetická měření operativní - polární metodou - používají jako referenční body observační pilíře 78 a 319 a body 110, 305, event. 46 jako referenční body pro měření horizontálních a vertikálních úhlů, elektrooptická měření délek mezi observačními pilíři 78 a 319 a kontrolovanými body na sesuvu Řečice a jeho okolí a referenčními body pro měření pohybu na okrajových trhlinách. Pro kontrolu stálosti v poloze observačních pilířů jsou měřeny délky na referenční body 110, 305 a 46 (Novosad, 1998).

6.1.1.2 Extenzometrická měření

Mezi další metody hodnocení vývoje svahové deformace patří pásmová extenzometrická měření. Metoda je založena na měření vzájemné polohy stabilizovaných bodů (obr. 6.1.1.2.1) a to za předpokladu, že alespoň jeden z nich je umístěn mimo svahovou deformaci (Pašek et al., 1995).

Měřicí body jsou zabetonovány do vrtů vyvrtaných do nezamrzající hloubky, což na území České republiky činí zhruba asi 0,8 m pod povrchem terénu. Nad povrch terénu jsou vyvedeny ocelové chráničky se šroubovatelným uzávěrem. Tyto uzávěry chrání měřicí body, na něž se osazuje distanční trubka. Vlastní měřicí body kulového tvaru jsou z nerezové oceli, jsou vyvedeny na distančních trubkách do výšky asi 0,2 m nad terén tak, aby bylo vždy možné měření mezi sousedními body.

Vlastní měření se provádí pásmovým extenzometrem (obr. 6.1.1.2.2, video 6.1.1.2.1 - Extenzometrické měření). Na obr. 6.1.1.2.3 je uvedeno schéma pásmového extenzometru. Pro každé měření se zaznamenává teplota vzduchu pro nezbytné teplotní korekce.

K měření pohybu slouží také drátové extenzometry založené na mechanickém nebo elektrickém principu (obr. 6.1.1.2.4). Na těleso sesuvu je instalován pozorovací bod spojený ocelovým lankem s referenčním bodem umístěným mimo svahovou deformaci. Ocelové lanko je vedeno na pozorovacím bodě přes kladku s odečítacím zařízením a je udržováno v napnutém stavu konstantní silou (závaží o vhodné hmotnosti). Na obr. 6.1.1.2.5 je uveden princip měření drátovým extenzometrem. Používají se i vícebodové extenzometry, u kterých je na sesouvajícím se území stabilizováno více bodů v různých vzdálenostech od referenčního bodu.

Pro souvislé automatické měření pohybu mohou být na sesuvu instalovány základny tyčové extenzometrie (obr. 6.1.1.2.6). Princip měření spočívá v ukotvení sklolaminátové tyče ve stabilizovaném bodu na sesuvu. Tyč uložená v ochranné PE trubce a tvarově stabilizovaná cca 30 - 40 cm pod zemí má volný konec vyveden v místě referenčního bodu situovaném na stabilním území. K referenčnímu bodu je upevněn snímač dráhy, kontrolující pohyb volného konce tyče vůči referenčnímu bodu. Kontrolovaný bod na zakotveném konci tyče i referenční bod jsou opatřeny kulovými čepy pro zavěšení extenzometrického pásma pro občasné kontrolní a kalibrační měření.

6.1.1.3 Měření na trhlinách

Pokud se na sesuvu objeví výrazné trhliny, lze zahájit přesnější a častější kontrolu pohybu sesuvu měřením vzájemné změny polohy vhodně stabilizovaných bodů na opačných stranách trhliny. Jestliže je znám směr pohybu, lze pro kontrolu odlučných trhlin použít zpravidla dva body, v případě okrajových trhlin je vhodné použit systém tři bodů, jeden na sesuvu a zbylé dva mimo sesuv.

V případě, že se měří pouze změny délek, lze získat jako výsledné hodnoty průměty skutečného vektoru pohybu do spojnice měřených bodů, popř. do roviny určené těmito body při použití systému tří bodů. Pokud se u systému tří bodů měří i výškové změny bodu na sesuvu proti stabilním bodům mimo sesuv, získá se skutečný prostorový vektor pohybu sledovaného bodu (Pašek, Matula, 1995).

Vzdálenost bodů se měří např. trhlinoměry. Po obou stranách trhliny jsou osazeny měřické body, jejichž hlavy jsou upraveny pro nasazení posuvného přístroje s indikátorovými hodinkami (obr. 6.1.1.3.1a,b), skládacím metrem, pásmovým extenzometrem, měřickým pásmem (vhodné se siloměrem), drátovým extenzometrem, páskovými měřidly s automatickým záznamem.

Pro měření trhlin ve skalních masivech se používají velmi přesné přístroje, které byly původně vyvinuty pro měření dilatací stavebních konstrukcí. Jedná se o přítlačné dilatometry založené na mechanickém nebo elektrickém principu a terčová měřidla (obr. 6.1.1.3.2). Měření se provádí uvnitř trhliny.

6.1.2 Měření aktivity smykové plochy a pohybu v hloubce

6.1.2.1 Přesná inklinometrie

Přesnou inklinometrií (viz video 6.1.2.1.1) se měří horizontální deformace ve vrtu vyvolané pohybem na smykové ploše. Inklinometrický vrt se po odvrtání osazuje inklinometrickými pažnicemi (materiál-polyethylen (PE), PVC, Al apod.) se speciálními vodícími drážkami, vyfrézovanými na vnitřní straně pažnice. Tyto drážky musí být na sebe kolmé. Pata vrtu by měla být situována v geologicky stabilním prostředí. Mezikruží vrtného stvolu a vnější stěny pažnice se homogenizují jílocementovou směsí (Pašek et al.,1995).

Inklinometrická zařízení jsou sondy, dlouhé většinou 0,5 až 1,0 m, průměru 25 až 30 mm, které obsahují přesná náklonoměrná čidla (obr. 6.1.2.1.1a). Při vlastním měření se postupně odečítají hodnoty úklonu osy vodící pažnice pro každý úsek odpovídající délce měřící sondy, a to jak ve směru spádnice, tak ve směru vrstevnice (obr. 6.1.2.1.1b).

Z výsledných údajů lze přesně určit hloubku smykové plochy i průběh změn rychlosti s hloubkou a časem.

Pro vyhodnocení výsledku lze použít dva způsoby. První spočívá v tom, že se vynáší součtová čára posuvu ode dna vrtu směrem nahoru. V místě smykové plochy se pak postupně, s každým následujícím měřením, projevuje narůstající přírůstek posuvů. Vyhodnocení rozdílové představuje druhý způsob, u kterého se pro každou měřenou úroveň vynáší rozdíl ve vodorovném posuvu od prvního měření (Rozsypal, 2001). Na obr. 6.1.2.1.2 jsou znázorněny oba způsoby vyhodnocení výsledků.

Obr. 6.1.2.1.3 znázorňuje inklinometrická měření na svahové deformaci Bartovice - Pod Bažantnicí, kde byly zjištěny pohyby na smykové ploše v hloubce až 10,5 m pod úrovní terénu na rozhraní kvartéru (jíly s organickou příměsí) a miocénu (vápnité jíly). Od počátku měření do provedení sanace (doba sledování 19 měsíců - rok 2000 - 2002) dosáhl pohyb na smykové ploše v tomto vrtu celkové velikosti 48 mm (Kovář, 2001).

Tam, kde lze očekávat velmi malé pohyby anebo dlouhodobá měření (např. dlouhodobá kontrola stabilizovaných sesuvů), je možné využít trvale usazený řetězec inklinometrických sond s možností dálkového odečtu (obr. 6.1.2.1.4).

Příklad rozmístění inklinometrických vrtů a jiných monitorovacích zařízení na sesuvu Doubrava pod Ujalou je uveden na obr. 6.1.2.1.5.

6.1.2.2 Měření polohových změn sondami

Pro měření náklonu a polohových změn mezi definovanými úseky ve vrtu se používá např. deflektometru (obr. 6.1.2.2.1), který představuje soustavu měřících článků, propojených tyčovými nebo drátovými spojkami. Lze je zabudovat do vrtu s libovolným sklonem. V článcích se měří změna původního úhlu mezi spojkami a délky každé spojky.

Složitější zařízení představuje systém Trivec, který měří posuvy bodů ve třech na sebe kolmých směrech. Jde o metodu s vysokou přesností, která využívá spřaženého principu měření inklinometrickou sondou a klouzavého mikrometru (nebo také tzv. klouzavý deformetr, který umožňuje průběžné měření svislých přetvoření). Měřicí sonda se skládá z posuvného tyčového mikrometru, na němž jsou pevně osazena dvě náklonoměrná čidla, která jsou stejná jako v inklinometrické sondě. Vodící pažnice jsou vybaveny speciálními měřicími značkami na principu kulových čepů, a to ve vzdálenostech odpovídajících délce sondy. Velká přesnost je docílena tím, že poloha sondy se těmito značkami v měřící pozici přesně vymezuje (Rozsypal, 2001). Pro měření posuvů mezi značkami lze dosáhnout přesnosti 0,003 mm, pro měření náklonu ± 0,05 mm/m (10").

6.1.2.3 Extenzometry

Posuvy hornin ve směru osy svislého vrtu se mohou měřit svahovým extenzometrem (lankový indikátor), který patří mezí starší metody. Svislým vrtem na sesuvu prochází systém lanek vhodně ukotvených v různých hloubkách, zejména tam, kde se očekává průběh aktivní smykové plochy. Během pohybu podél smykové plochy dochází na ústí vrtu k prodlužování lanek, která jsou uchycena pod smykovou plochou. Na obr. 6.1.2.3.1 je uveden schematický profil lankovým indikátorem.

Na aktivním sesuvu na levém břehu řeky Olše u Nechranic byl pomocí svahového extenzometru zjištěn průběh aktivní smykové zóny v hloubce 4 až 4,5 m (Ondrášik, Rybář, 1991).

Pro měření ve svislých vrtech se používá také magnetický extenzometr (obr. 6.1.2.3.3). Do vrtu se v různých hloubkách osadí magnetické kroužky. U nezapažených vrtů (v zeminách) se kroužky uchycují mechanicky pomocí rozevíratelných křidélek, jinak se upevňují do stěn pažnic z PVC a mezikruží se zainjektuje. Dále se zapouští elektrické čidlo, které reaguje na magnetické pole vytvořené kolem každého kroužku a umožňuje sledovat vzájemnou změnu vzdálenosti mezi kroužky. Na obr. 6.1.2.3.4 je uveden princip magnetického extenzometru.

Posuvy v jiných směrech než svislých lze měřit např. tyčovým nebo popř. drátovým extenzometrem.

Tyčový extenzometr (obr. 6.1.2.3.5) představuje tyč, která je ukotvena na dně vrtu a prochází celým vrtem k referenčnímu zhlaví, na kterém probíhá vlastní měření. Měří se buď mechanickým odečtem číselníkovým úchylkoměrem, posuvným měřidlem, anebo se posuv zhlaví sleduje průběžně a samočinně podle typu čidla (Rozsypal, 2001). V České republice se často používají extenzometry ze skelných laminátů, které jsou odolné proti korozi, mají nízkou tepelnou roztažnost a snadno se montují. Do vrtu se instalují také vícebodové extenzometry, jejichž předností je, že umožňují zhruba určovat polohu smykové plochy, která se nejvíce podílí na posuvech.

Obdobně pracují i drátové extenzometry, které jsou však využívány spíše ve svislých vrtech, protože se jako šikmé popř. vodorovné příliš neosvědčily, z důvodu tření mezi dráty.

6.1.2.4 Ostatní metody

K měření aktivity smykové plochy se používá např. metoda průchodoměru. Na lanku o známé délce se na dno vrtu zapouští krátká olověná tyčka. Pokud dojde k deformaci vrtu, tyčka (průchodoměr) při pokusu o vytažení uvízne v dolní části pohybem deformované zóny. Omezení horní smykové plochy se určí zapuštěním druhého průchodoměru (obr. 6.1.2.4.1).

Použití několika průchodoměrů různé délky, zapuštěných na dno vrtu, představuje alternativní metodu, při které se opakovaným měřením zaznamenává intenzita odporu tyčí během vytahování z vrtu. Odpory se klasifikují ve třech stupních: znatelné tření - průchodoměr padá vlastní tíhou na dno, dostatečné tření k uvíznutí průchodoměru v místě odporu, intenzivní tření, vyžadující sílu k protažení průchodoměru (Pašek, Matula, 1995).

Polohu smykové plochy lze také určit ze změny polohy materiálu (špalíky, drenážní trubky, tvárnice), který je vložen do vrtané sondy (obr. 6.1.2.4.2). Nevýhodou je, že taková sonda musí být pro pozdější zjištění smykové plochy odkryta.

Další možností je použití metody křehkých vodičů. Metoda je založena na principu přerušení elektrického obvodu tvořeného křehkým vodičem, který je zabudován do vrtu. Křehký vodič představuje páskový elektrický vodič, který obsahuje 10 až 20, někdy i více paralelně uložených tenkých drátků. Drátky jsou vhodně propojeny (ve vhodných vzdálenostech) vodivými můstky do elektrických obvodů. Během smykového pohybu se poruší elektrický páskový vodič, čímž se přeruší i všechny elektrické obvody pod smykovou plochou, zatímco ty, které jsou nad smykovou plochou, fungují (obr. 6.1.2.4.3).

Smykovou plochu lze vymezit také geoakustickou metodou. Používá se vrt vystrojený vodotěsnou výpažnicí, naplněnou vodou, zajišťující akustickou vodivost mezi horninou a snímačem. Metoda pracuje na principu snímání akustických impulsů, které jsou vyvolány porušením hornin (tlakem, tahem, smykem) v okolí vrtu. Ke snímaní impulsů se používají elektrodynamické geofony. Na obr. 6.1.2.4.4 je ukázka geoakustického měření. Smyková plocha byla v tomto případě zachycena v jílovcích zhruba v hloubce 15 m.

6.2 Sledování výtoku z odvodňovacích prvků a tlaku na opěrné konstrukce

Mezi základní prvky sanace sesuvů se řadí odvodnění a použití silových opěrných zdí různého typu. U odvodňovacích horizontálních vrtů, odvodňovacích žeber i drenáží se pro sledování účinnosti budují kontrolní a měřicí šachtice, ve kterých se kontinuálně sleduje kolísání hladiny podzemní vody a pórových tlaků (viz. kapitola 5.3. Hydrogeologický průzkum).

U opěrných konstrukcí se sleduje tlakové působení zeminy prostřednictvím instalace tlakové podušky na rubovou stranu zdi a naměřené tlaky se srovnávají se statickým výpočtem. U kotev se měří síla, kterou jsou jednotlivé kotvy zatíženy pomocí dynamometru (obr. 6.2.1). Mezi dvě ocelové podložky se instaluje měřicí buňka, přičemž ta je naplněná kapalinou. Se změnou osové síly v kotvě se změní i tlak kapaliny v měřicí buňce a hodnotu osové síly udává jeho hodnota na manometru. Vše se opět srovnává se statickým výpočtem a s předpoklady projektu.