Odwodnienie głębokiego wykopu – jak koszty zrzutu wody mogą sięgnąć milionów złotych?

Coraz głębsza zabudowa podziemna stała się stałym elementem inwestycji realizowanych w dużych miastach. Dwie lub trzy kondygnacje parkingu pod budynkiem nikogo już specjalnie nie dziwią. Do tego dochodzą nowe wymagania związane z ochroną ludności i obroną cywilną, przewidujące w określonych obiektach budowle ochronne lub możliwość wykorzystania kondygnacji podziemnych jako miejsc doraźnego schronienia.  Wraz z głębokością wykopu rosną jednak wymagania dotyczące jego zabezpieczenia oraz prowadzenia odwodnienia.

Przy planowaniu takich robót dużo uwagi poświęca się wykonaniu studni, instalacji pompowej czy wynajmowi urządzeń. Tymczasem bardzo duża część wydatków może pojawić się później, podczas wielomiesięcznej eksploatacji odwodnienia.

W szczególności dotyczy to dwóch pozycji:

Przy dużym dopływie wód i odwodnieniu prowadzonym przez kilka miesięcy mówimy już o kwotach liczonych w milionach złotych.

Dlatego sposób rozpoznania warunków hydrogeologicznych przed rozpoczęciem budowy może mieć bezpośrednie przełożenie na budżet całej inwestycji.

Skąd bierze się woda w głębokim wykopie?

W przypadku płytkich robót ziemnych możliwości prowadzenia odwodnienia jest stosunkowo dużo. Wraz ze wzrostem głębokości wykopu coraz częściej stosuje się studnie odwodnieniowe, które umożliwiają obniżenie zwierciadła lub ciśnienia wód podziemnych.

Zanim rozpoczniemy pompowanie, warto jednak ograniczyć ilość wody, która w ogóle będzie mogła dopływać do wykopu.

Jednym z rozwiązań jest wykonanie ścian szczelinowych i doprowadzenie ich do naturalnie występującej warstwy o niewielkiej przepuszczalności. Jeżeli układ geologiczny na to pozwala, można w ten sposób istotnie ograniczyć boczny dopływ wód.

W sytuacji, gdy odpowiednia warstwa izolująca znajduje się zbyt głęboko albo w danym miejscu jej brakuje, stosowane mogą być również przesłony poziome, na przykład wykonywane w technologii jet grouting.

Dobrze zaprojektowana przesłona potrafi znacząco zmniejszyć ilość wody dopływającej do wykopu.

Nie oznacza to jednak, że pompowania da się całkowicie uniknąć. Trzeba usunąć wodę znajdującą się w obrębie odcinanej przestrzeni, a następnie przejmować dopływ, który nadal będzie występował podczas prowadzenia robót.

Wypompowanie wody to połowa zagadnienia. Co zrobić z nią później?

Na placach budowy zlokalizowanych poza zwartą zabudową dostępne są różne możliwości gospodarowania wodą pochodzącą z odwodnienia.

W centrum miasta pole manewru bywa znacznie mniejsze.

Bardzo często pozostaje odprowadzenie wody do kanalizacji, na warunkach określonych dla konkretnej inwestycji. Przy dużych wydajnościach odwodnienia ta pozycja zaczyna mieć ogromne znaczenie dla kosztów prowadzenia budowy.

W materiale filmowym PGW Pawlak przyjęliśmy dla zobrazowania skali wydatków orientacyjną stawkę 8 zł za 1 m³ odprowadzanej wody.

Przyjrzyjmy się prostemu przykładowi.

Przykład: odwodnienie o wydajności 100 m³/h

Jeżeli instalacja pompuje średnio 100 m³ wody na godzinę, otrzymujemy:

• 100 m³/h × 8 zł/m³ = 800 zł na godzinę,
• 800 zł × 24 godziny = 19 200 zł na dobę,
• w zaokrągleniu około 600 000 zł miesięcznie.

Jeżeli odwodnienie będzie prowadzone przez około pół roku, sama opłata związana z odprowadzeniem wody może zbliżyć się do 3,5-3,6 mln zł.

To oczywiście przykład obliczeniowy. Rzeczywiste stawki, zasady odbioru wody oraz jej ilość należy każdorazowo ustalić dla konkretnego przedsięwzięcia.

Pokazuje on jednak skalę zagadnienia.

Przy dużej inwestycji wydatek związany z odprowadzeniem wody może wielokrotnie przekroczyć koszt wykonania samych studni.

Do kosztu zrzutu dochodzi energia

Instalacja odwodnieniowa podczas wykonywania głębokiego wykopu może pracować przez całą dobę i przez wiele miesięcy.

Przy odpowiednio dużej liczbie studni oraz znacznych wysokościach podnoszenia wody zapotrzebowanie na energię przestaje być pozycją drugorzędną.

W przykładzie omawianym w materiale filmowym koszt energii oszacowano na około 100-120 tys. zł miesięcznie.

Przy sześciu miesiącach pracy daje to kolejne 600-720 tys. zł.

W efekcie suma wydatków na odprowadzenie wody oraz energię może przekroczyć 4 mln zł, zanim uwzględnimy wykonanie studni, instalację rurociągów, pompy, automatykę, obsługę i dzierżawę pozostałych urządzeń.

W tym miejscu bardzo dobrze widać, dlaczego projekt odwodnienia warto rozpatrywać również ekonomicznie.

Niewielkie ograniczenie średniego dopływu wody może w skali kilku miesięcy oznaczać bardzo dużą różnicę finansową.

Ile może dać ograniczenie dopływu wody?

Wróćmy do wcześniejszego przykładu.

Przy założonej stawce 8 zł/m³ zmniejszenie wydajności odwodnienia o zaledwie 10 m³/h oznacza:

• 80 zł mniej w ciągu godziny,
• około 1 920 zł mniej w ciągu doby,
• około 57 600 zł mniej w ciągu miesiąca,
• ponad 345 000 zł w okresie sześciu miesięcy.

Przy różnicy rzędu 20 czy 30 m³/h kwoty rosną odpowiednio dalej.

Dlatego wydatek poniesiony wcześniej na lepsze rozpoznanie hydrogeologiczne, dodatkowe pomiary albo właściwe zaprojektowanie przesłony może mieć bardzo konkretny wymiar finansowy.

Głębsza warstwa wodonośna może zmienić założenia odwodnienia

Ocena odwodnienia na podstawie samego położenia zwierciadła pierwszej napotkanej wody bywa niewystarczająca.

Na wielu terenach występują dwa albo trzy poziomy wodonośne, rozdzielone gruntami o małej przepuszczalności.

Możemy więc mieć sytuację, w której ściana szczelinowa zostanie doprowadzona do warstwy słabo przepuszczalnej i dopływ wody do wnętrza wykopu będzie stosunkowo nieduży.

Niżej może jednak występować kolejna warstwa wodonośna, w której panuje znacznie wyższe ciśnienie.

Wówczas podczas pogłębiania wykopu trzeba uwzględnić możliwość wyparcia dna wykopu.

Jeżeli ciężar warstw pozostawionych w dnie stanie się zbyt mały w stosunku do ciśnienia wody znajdującej się poniżej warstwy izolującej, może być konieczne obniżenie tego ciśnienia poprzez dodatkowe pompowanie.

I właśnie wtedy wcześniejsze założenia dotyczące wydajności odwodnienia mogą się istotnie zmienić.

Instalacja projektowana pierwotnie do przejmowania stosunkowo niewielkiego dopływu zaczyna dodatkowo pracować jako system redukujący ciśnienie w głębszej warstwie wodonośnej.

Ilość pompowanej wody może wzrosnąć, a wraz z nią zwiększają się wydatki na energię i odprowadzenie wody.

Dlaczego piezometry mają tak duże znaczenie?

Jednym z najważniejszych elementów rozpoznania hydrogeologicznego przed rozpoczęciem głębokich robót ziemnych są piezometry.

Samo ich wykonanie jeszcze nie gwarantuje uzyskania wartościowych danych.

Jeżeli na danym terenie występuje kilka poziomów wodonośnych, pomiar powinien pozwalać określić ciśnienie w konkretnej warstwie. Piezometr musi więc zostać wykonany w sposób zapewniający właściwe rozdzielenie poszczególnych poziomów.

W przeciwnym przypadku możemy otrzymać odczyt, który niewiele mówi o rzeczywistym ciśnieniu w warstwie istotnej z punktu widzenia projektowanego wykopu.

Dobrze wykonane pomiary pozwalają odpowiedzieć między innymi na pytania:

Dopiero na tej podstawie można rozsądnie dobierać liczbę studni, ich głębokość oraz sposób prowadzenia odwodnienia.

Dokumentacja hydrogeologiczna wpływa również na budżet budowy

Rozpoznanie podłoża jest często traktowane przede wszystkim jako etap potrzebny projektantowi do wykonania dokumentacji.

Przy głębokich wykopach warto spojrzeć na nie szerzej.

Informacja o rzeczywistym układzie warstw wodonośnych może wpłynąć na:

Każdy z tych elementów ma później swoją cenę.

Przy inwestycjach, w których odwodnienie może pracować przez pół roku lub dłużej, różnica pomiędzy prawidłowo i niedostatecznie rozpoznanym układem hydrogeologicznym potrafi być liczona w setkach tysięcy, a niekiedy w milionach złotych.

Najpierw rozpoznanie, później projekt odwodnienia

Przygotowując odwodnienie głębokiego wykopu, warto przed rozpoczęciem robót odpowiedzieć przynajmniej na kilka podstawowych pytań:

1. 1. Jak wygląda rzeczywisty układ warstw gruntowych i wodonośnych?
2. 2. Jakie ciśnienia występują w poszczególnych poziomach?
3. 3. Czy wykop można skutecznie odciąć ścianami szczelinowymi?
4. 4. Czy potrzebna będzie przesłona pozioma?
5. 5. Czy poniżej dna występuje warstwa wodonośna wymagająca redukcji ciśnienia?
6. 6. Jakiej wydajności pompowania należy się spodziewać?
7. 7. Gdzie będzie odprowadzana woda?
8. 8. Ile będzie kosztowało jej odprowadzenie przez cały przewidywany czas prowadzenia robót?
9. 9. Jakie będzie zapotrzebowanie instalacji na energię?

Takie zestawienie pozwala spojrzeć na odwodnienie jako na element całego przedsięwzięcia, który trzeba zaprojektować technicznie i jednocześnie policzyć w całym okresie eksploatacji.

Wnioski

Koszt wykonania studni i instalacji jest jednym z elementów odwodnienia głębokiego wykopu.

Przy dużych inwestycjach miejskich znacznie większe kwoty mogą być związane z wielomiesięcznym pompowaniem, zużyciem energii oraz zagospodarowaniem wypompowanej wody.

Przy wydajności rzędu 100 m³/h i założeniach przyjętych w naszym przykładzie wydatki eksploatacyjne mogą przekroczyć 4 mln zł w ciągu sześciu miesięcy.

Z tego względu warto poświęcić odpowiednią uwagę rozpoznaniu hydrogeologicznemu jeszcze przed rozpoczęciem projektowania odwodnienia.

Dobrze wykonane piezometry, rozpoznanie poszczególnych poziomów wodonośnych i właściwa ocena ciśnień pozwalają znacznie wcześniej określić, z czym inwestor będzie miał do czynienia podczas wykonywania wykopu.

W geotechnice informacje pozyskane przed rozpoczęciem budowy bywają jednymi z najtańszych informacji w całym przedsięwzięciu.

Najczęściej zadawane pytania

Ile może kosztować odwodnienie głębokiego wykopu?

Koszt zależy od warunków hydrogeologicznych, głębokości wykopu, liczby studni, wymaganej wydajności pompowania, czasu prowadzenia odwodnienia oraz sposobu zagospodarowania wody. Przy dużych miejskich inwestycjach same wydatki na odprowadzenie wody i energię mogą sięgać kilku milionów złotych.

Dlaczego przy odwodnieniu wykopu wykonuje się studnie?

Studnie odwodnieniowe pozwalają obniżyć poziom wody lub ciśnienie wód podziemnych do rzędnej umożliwiającej bezpieczne prowadzenie robót. Ich liczba, głębokość i wydajność wynikają z warunków hydrogeologicznych oraz geometrii wykopu.

Jak można ograniczyć ilość pompowanej wody?

Jedną z metod jest ograniczenie dopływu wody za pomocą ścian szczelinowych dogłębionych do warstwy słabo przepuszczalnej. W odpowiednich warunkach stosuje się również przesłony poziome, między innymi wykonywane w technologii jet grouting.

Co to jest wyparcie dna wykopu?

Wyparcie dna może wystąpić, gdy ciśnienie wody znajdującej się pod warstwą słabo przepuszczalną jest zbyt duże w stosunku do ciężaru gruntu pozostającego w dnie wykopu. W takich warunkach może być konieczne obniżenie ciśnienia poprzez dodatkowe studnie.

Po co wykonuje się piezometry przed rozpoczęciem odwodnienia?

Piezometry umożliwiają pomiar poziomu lub ciśnienia wód podziemnych. Przy występowaniu kilku poziomów wodonośnych powinny być wykonane tak, aby pomiar odnosił się do właściwej warstwy. Dane te są wykorzystywane podczas projektowania odwodnienia i oceny stateczności dna wykopu

Czy można dokładnie określić koszt odwodnienia przed rozpoczęciem budowy?

Można go oszacować znacznie dokładniej, jeżeli dysponujemy dobrym rozpoznaniem hydrogeologicznym oraz znamy przewidywaną wydajność pompowania, czas pracy instalacji, koszt energii i sposób odprowadzania wody. Im więcej rzeczywistych danych znajduje się w dokumentacji, tym mniej założeń trzeba przyjmować na etapie kalkulacji.

Grupa PGW Pawlak – hydrogeologia i odwodnienia budowlane

Grupa PGW Pawlak wykonuje prace hydrogeologiczne oraz odwodnienia związane z realizacją inwestycji budowlanych. Zakres prac obejmuje między innymi wykonywanie studni, instalację piezometrów, próbne pompowania oraz przygotowanie opracowań hydrogeologicznych.

Więcej informacji znajduje się w naszych materiałach dotyczących odwodnień budowlanych, hydrogeologii oraz badań geologicznych i geotechnicznych.

Zapraszamy do kontaktu jak Państwa nurtują jakieś zagadnienia na powyższy temat. Wstępna analiza zawsze jest bezpłatna. Warto rozmawiać!