Rodzaje odwiertów geotechnicznych i metody wiercenia

Odwierty geotechniczne stanowią podstawową metodę rozpoznania budowy podłoża gruntowego przed realizacją obiektów budowlanych, drogowych i hydrotechnicznych. Ich celem jest pobranie próbek gruntu lub skały, wykonanie pomiarów in situ i dostarczenie danych do projektu posadowienia. Dobór metody wiercenia zależy od rodzaju podłoża, planowanej głębokości, wymaganej jakości próbek i dostępnego sprzętu.

Wiercenie obrotowe

Wiercenie obrotowe (ang. rotary drilling) polega na obracaciu kolumny przewodów wiertniczych z zamontowanym na końcu świdrem lub koronką. Metoda ta jest powszechnie stosowana w gruntach spoistych i skałach. Wyróżnia się dwa podwarianty:

• Wiercenie na sucho — stosowane w gruntach spoistych powyżej zwierciadła wody gruntowej. Pozwala pobierać próbki o niezaburzonej strukturze (klasa 1. wg PN-EN ISO 22475-1).
• Wiercenie z płuczką — grunt jest wypłukiwany na powierzchnię przez cyrkulujący płyn (wodę lub zawiesinę bentonitową). Metoda umożliwia wiercenie na duże głębokości i w skałach, lecz pobierane próbki mają zaburzoną strukturę (klasa 3.).

Wiercenie udarowe

W wierceniu udarowym (ang. percussion drilling) grunt jest rozkruszany przez uderzenia narzędzia wiertniczego. Metoda jest stosunkowo szybka w żwirach i twardych gruntach, ale nie pozwala pobierać próbek NNS. Wiercenie udarowe bywa stosowane jako wstępne rozpoznanie przed właściwymi badaniami sondą CPT lub metodą obrotową.

Sondowania statyczne CPT i CPTU

Sondowanie statyczne (CPT — Cone Penetration Test) polega na wciskaniu w grunt stożka pomiarowego z określoną prędkością (zwykle 20 mm/s). Urządzenie rejestruje opór stożka q_c oraz tarcie na tulei f_s. W wariancie CPTU rejestrowane jest również ciśnienie porowe u₂.

Interpretację wyników sondowań CPT reguluje norma PN-EN ISO 22476-1. Do wyznaczania kategorii gruntu na podstawie wykresu CPT stosuje się klasyfikatory Robertsona (1990) lub Schmertmanna.

Sondowanie dynamiczne SPT

Standard Penetration Test (SPT) jest wykonywane podczas wiercenia obrotowego. Próbnik SPT (łyżka szczelinowa) jest wbijany w grunt przez 3 serie po 15 cm każda za pomocą bijaka o masie 63,5 kg spadającego z wysokości 760 mm. Wynikiem jest liczba uderzeń N dla ostatnich 30 cm penetracji.

Norma PN-EN ISO 22476-3 określa wymagania sprzętowe i procedurę badania. Wartość N₆₀ (z korektą efektywności energetycznej) jest podstawą do oceny zagęszczenia gruntów niespoistych i wytrzymałości gruntów spoistych metodami empirycznymi.

Pobieranie próbek — klasy jakości

Norma PN-EN ISO 22475-1 definiuje pięć klas jakości próbek gruntu:

Wiercenie rdzeniowe w skałach

W przypadku podłoża skalnego stosuje się wiercenie rdzeniowe z koronkami diamentowymi lub z węglika wolframu. Pobierany rdzeń skalny pozwala ocenić wytrzymałość i szczelinowatość skały. Wskaźnik odzysku rdzenia (RQD — Rock Quality Designation) wyraża procent rdzenia o długości odcinków ≥10 cm do całkowitej długości rdzeniowania i jest podstawą klasyfikacji masywu skalnego.

Dobór metody wiercenia w praktyce polskiej

W Polsce najczęściej stosuje się kombinację wiercenia obrotowego (do pobierania próbek NNS) z sondowaniem CPT lub SPT. Wybór zależy od:

• rodzaju i jednorodności podłoża (piaski, gliny, iły, torfy, skały),
• głębokości posadowienia projektowanego obiektu,
• kategorii geotechnicznej obiektu (1, 2 lub 3 według PN-EN 1997),
• warunków terenowych (dostępność sprzętu, gęsta zabudowa, teren leśny).

Szczegółowe wytyczne dotyczące minimalnej liczby i rozmieszczenia punktów badawczych zawiera Eurokod 7 (PN-EN 1997-2) oraz polskie przepisy wykonawcze. Rozporządzenie z 2012 r. wskazuje, że dla kategorii drugiej konieczne jest co najmniej jedno badanie laboratoryjne próbek NNS.

Więcej informacji o przetwarzaniu wyników badań terenowych dostępnych jest w artykule Badanie nośności gruntu — etapy i metody oceny.