Obudowy ścian wykopu, pełniące rolę zarówno zabezpieczenia jak i konstrukcji części podziemnej obiektu, stanowią odpowiedzialne elementy, których awaria lub nadmierne przemieszczenia mogą spowodować zagrożenie bezpieczeństwa ludzi i obiektów znajdujących się w ich sąsiedztwie. Projektując konstrukcję zabezpieczenia, oprócz określenia sił wewnętrznych oraz zwymiarowania w oparciu o nie elementów konstrukcyjnych, wyznacza się jej przemieszczenia.
Wykonane obliczenia bazują na wielu uproszczeniach. Obarczone są, więc niezamierzonym błędem, o trudnej do określenia wielkości.
W oparciu o prognozowane wartości przemieszczeń obudowy wykopu określa się osiadania terenu, które stanowią podstawę oceny wpływu prowadzonych prac na sąsiednie obiekty.
Cały powyższy tok bazuje na wielu uproszczeniach, które swoje źródło mają między innymi w rozpoznaniu i przyjęciu warunków gruntowo-wodnych, ocenie stanu konstrukcji istniejących, metodach obliczeniowych oraz rzeczywistym przebiegu robót.
Mając świadomość powyższego, należy na etapie wykonawczym prowadzić pomiary i obserwacje wykonywane zazwyczaj w formie monitoringu. Terminy „pomiary" i „monitoring", na chwilę obecną, są bardzo często mylone, przez co błędnie funkcjonują zamiennie. Ogólnie rzecz ujmując różnica pomiędzy pomiarami, a monitoringiem polega na zakresie i częstotliwości działań. W skład każdego systemu monitoringu wchodzić muszą zarówno pomiary i obserwacje, określenie rodzaju zagrożenia (wartości ostrzegawczych i granicznych wyników pomiaru) oraz jasne zasady informacji o tychże wynikach i sposobie alarmowania w razie przekroczenia wartości ostrzegawczych czy granicznych (określenie sposobu informacji o zagrożeniu). Z powyższego wynika, że monitoring charakteryzuje znacznie szerszy zakres niż pomiary. Wymaga on ustalenia zarówno zakresu pomiarów i obserwacji dostosowanych do zagrożenia, które chcemy monitorować, jak również instrukcji postępowania z uzyskanymi informacjami.
Zgodnie z definicją, monitoring rozumiany jest, jako zespół działań mających na celu odpowiednio wczesne wykrycie zagrożenia, którym w przypadku obudowy wykopu jest zaistnienie nadmiernego przemieszczenia. Wymaga to permanentnego dokonywania pomiarów i obserwacji oraz przestrzegania ustalonych procedur.
Monitoring obejmuje swoim zakresem:
- istniejące obiekty zlokalizowane w strefie oddziaływania wykopu w szczególności zlokalizowane w strefie wpływów bezpośrednich w zakresie:
- określenia zmian stanu technicznego obiektów,
- rozwoju uszkodzeń w zainstalowanych szczelinomierzach,
- przemieszczeń i odkształceń w geodezyjnych punktach pomiarowych,
- elementy zabezpieczenia wykopu, na które składają się konstrukcja obudowy wykopu oraz jej podparcia w zakresie:
- pomiarów inklinometrycznych poziomych przemieszczeń ścian szczelinowych,
- pomiary geodezyjne ścian szczelinowych i rozparć,
- osiadania terenu prac i terenów przyległych:
- pomiary geodezyjne zmian wysokościowych terenu.
- stosunki gruntowo-wodne w zakresie:
- pomiarów poziomów wód gruntowych,
- kontroli zawartości części stałych w odprowadzanych wodach,
- kontroli wskaźników jakościowych wód gruntowych.
Monitoring prowadzi się w oparciu o szczegółową dokumentację, wykonywaną zazwyczaj etapowo w dostosowaniu do postępu prac. Składają się na nią dwa opracowania:
- wytyczne do projektu monitoringu opracowane na etapie projektu budowlanego zazwyczaj w ramach ekspertyzy technicznej;
- projekt monitoringu opracowany na etapie dokumentacji wykonawczej, bazujący na ostatecznie przyjętych rozwiązaniach konstrukcyjnych i materiałowych.
Projekt monitoringu opracowuje się kompleksowo z uwzględnieniem wszystkich etapów budowy. Monitorowanie wybranych elementów takich jak poziomy, wskaźniki jakościowe oraz stosunki wód gruntowych, osiadania i wychylenia obiektów oraz rozwój uszkodzeń obiektów sąsiadujących rozpoczyna się przed przystąpieniem do zasadniczych prac budowlanych. Pomiary te dostarczają cennych informacji pozwalających na ustalenie udziału prac związanych z realizacją inwestycji w ogóle zjawisk zachodzących na rozważanym terenie- czyli uchwycenie tła.
W projekcie monitoringu zawiera się część opisową oraz graficzną precyzującą:
- rodzaje pomiarów i obserwacji składające się na całość programu monitoringu,
- zakres monitoringu z wyszczególnieniem elementów składowych (obiektów),
- rozmieszczenie i ilość punktów pomiarowych,
- sposób prowadzenia pomiarów i obserwacji, ich min. częstotliwość, dokładność oraz powiązanie z postępem robót,
- terminy wykonania pomiarów bazowych, ustalających stan wyjściowy,
- wskazanie prac mających szczególne znaczenie dla bezpieczeństwa w odniesieniu do monitorowanych wielkości,
- minimalne okresy, w jakich należy prowadzić poszczególne pomiary i obserwacje, w tym monitoring prowadzony po realizacji obiektu,
- sposób rejestracji poszczególnych wyników i obserwacji oraz określenie formy, w jakiej zostaną opracowane i przedstawione do oceny,
- sposób oceny wyników pomiarów i obserwacji,
- wartości ostrzegawcze i alarmowe,
- sposób postępowania w przypadku przekroczenia wartości ostrzegawczych i alarmowych,
- osoby odpowiedzialne za prowadzenie monitoringu oraz ocenę i weryfikację wyników pomiarów i obserwacji,
- sposób i czas likwidacji punktów pomiarowych i obserwacyjnych.
W dokumentacji należy przewidzieć także możliwość rozszerzenia wstępnie wyznaczonych stref oddziaływania wykopu. Dokonuje się tego na podstawie wyników pomiarów przemieszczeń prowadzonych podczas głębienia wykopu.
Rozszerzenie zasięgu stref niesie za sobą konieczność zwiększenia zakresu punktów pomiarowych. Wyjściowy okres i ilość pomiarów ustalona zostaje w korelacji z poszczególnymi etapami wykonywania prac.
Dla obiektów, które wymagają wzmocnień konstrukcji należy przewidzieć konieczność prowadzenia monitoringu osiadań i rozwoju uszkodzeń przy prowadzenia prac wzmacniających. Tak samo należy postąpić przy wyburzeniach, które prowadzone będą przed przystąpieniem do zasadniczych robót budowlanych.
Niezwykle ważnym elementem projektu monitoringu jest określenie ostrzegawczych oraz dopuszczalnych wartości mierzonych wielkości, a w szczególności przemieszczeń obudowy oraz istniejących obiektów. Wartości te w odniesieniu do obudowy wykopu określane są przez projektanta, który powinien uwzględnić zarówno rodzaj obudowy, jak i charakterystykę oraz stan obiektów pozostających w strefie oddziaływania. Dopuszczalne przemieszczenia istniejących obiektów określane są na podstawie inwentaryzacji oraz wynikają z oceny stanu technicznego konstrukcji.
Z uwagi na charakterystykę inwestycji monitoring istniejących obiektów zlokalizowanych w strefie oddziaływań jest zagadnieniem niezwykle ważnym. Poszczególne pomiary i obserwacje rozpoczyna się przed przystaniem do zasadniczych prac, wykonując.
- przeglądy wraz z inwentaryzacją stanu technicznego,
- lokalizację zarysowań i pęknięć oraz instalacje szczelinomierzy,
- instalacje wraz z wykonaniem pomiaru zerowego punktów geodezyjnych.
Na dalszych etapach obejmujących realizację wzmocnień istniejących obiektów, formowanie zabezpieczenia oraz głębienie wykopu wykonuje się:
- kontrolę stanu technicznego odnosząc się do wykonanej inwentaryzacji,
- pomiary rozwartości rys i pęknięć w zainstalowanych uprzednio szczelinomierzach,
- pomiary punktów geodezyjnych.
Monitoring przemieszczeń obudowy wykopu stanowi podstawowy element weryfikacji prawidłowego przebiegu procesu wznoszenia obiektu w jego początkowej fazie. Prowadzony jest z wykorzystaniem pomiarów inklinometrycznych oraz pomiarów geodezyjnych.
Pomiary inklinometryczne wykorzystywane są tam gdzie wymagana jest znaczna dokładność kontroli przemieszczeń poziomych oraz brak dostępu wyklucza zastosowanie pomiarów geodezyjnych. Dzieje się tak miedzy innymi poniżej poziomu dna wykopu.
Pomiary hydrogeologiczne prowadzone na etapie wykonawczym mają na celu dostarczenie informacji odnośnie zmian położenia poszczególnych horyzontów wodonośnych wywołanych przez prowadzone prace. Zmiany te mogą mieć charakter spiętrzenia zwierciadła wód gruntowych lub ich obniżenia. W większości przypadków w pomiarach prowadzonych na etapie wykonawczym wykorzystuje się kolumny piezometryczne, wykonane wcześniej na potrzeby opracowania dokumentacji hydrogeologicznej. Pomiary prowadzi się nieprzerwanie poczynając od chwili instalacji kolumn do końca realizacji inwestycji.
Kontrolę poziomu wód gruntowych należy prowadzić zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz wykopu. Pomiary prowadzone wewnątrz obrysu wykopu pozwalają na bieżąco weryfikować wykonane obliczenia hydrogeologiczne. Umożliwiają kontrolę stopnia szczelności obudowy oraz wykluczają niebezpieczeństwo znacznego obniżenia zwierciadła wód gruntowych poza wykopem w przypadku powstania nieszczelności.
Uzupełniająco do pozostałych pomiarów, wykonuje się monitoring zmian wysokościowych siatki wyznaczonych punktów pomiarowych zlokalizowanych na powierzchni terenu. Z uwagi na zagrożenie uszkodzeniem punktów pomiarowych, wykonuje się je w postaci reperów wgłębnych z pomiarem zerowym na czele.
Budowa obiektów wymagających wykonania głębokich wykopów, w szczególności zlokalizowanych w terenie zabudowanym, wiąże się z licznymi utrudnieniami. W procesie przygotowania i realizacji inwestycji niezbędna jest współpraca zespołu specjalistów z różnych branż. Wśród nich nie może zabraknąć geotechników rozpoczynających prace już na początkowym etapie robót.
Analiza geoinżynieryjna oraz późniejsze opracowanie projektu geotechnicznego w przypadku dużych inwestycji wymaga przeanalizowania znacznej ilości informacji.
Szczególnego znaczenia nabierają pomiary przemieszczeń poziomych ścian obudowy głębokiego wykopu, które znajdują odwzorowanie w zachowaniu się obiektów zlokalizowanych w strefie objętej ich wpływami.