Трещины в фундаментах. Трещины в стенах. Почему они разрушаются?
Деформации зданий и зданий, трещины в фундаментах и несущих конструкциях являются серьезной проблемой, с которой сталкиваются строители, проектировщики и изыскатели в процессе выполняемых ими работ. Практически в каждом крупном городе существуют объекты, строительство которых пришлось приостановить из–за возникновения трещин в фундаменте и протекания значительных деформаций. Помимо этого, бывает целый ряд объектов, на которых деформации проявляются с самого начала их эксплуатации и продолжаются в течение десятков лет. Несчастным жителям таких сооружений приходится жить в развалинах.Чаще всего деформации инженерных объектов объясняются осадками вследствие уплотнения грунтов основания. Сомнений нет, процесс уплотнения грунтов является причиной многих деформаций. Однако, следует отметить два немаловажных момента. Во-первых, процесс уплотнения грунтов под воздействием веса здания может продолжаться не более 2-3 лет после его постройки. Во-вторых, перед началом строительства и исследования рабочего проекта на площадке проводят инженерно-геологические изыскания. Цель этих изысканий – определить несущую способность грунта и возможное влияние негативных процессов, в том числе неравномерных осадок, карстово-суффозионных процессов, оползней, плывунов и др. Т.е возможность таких осадок заранее предусмотрена и проектировщики должны ее избегать.
Как правило, в случае происхождения аварийной ситуации с любым инженерным объектом, под него проводят повторный комплекс инженерных изысканий, т.е. снова контролируют несущую способность грунтов и возможное проявление негативных инженерно–геологических процессов. В большинстве случаев, выполнение одинаковых работ во второй раз не приносит каких-либо результатов. Причины разрушения зданий остаются неизвестны.
На недоступность однозначного ответа о причинах деформаций зданий и сооружений давно обращают внимание многие специалисты. В большинстве случаев, в этот круг входят инженеры горного профиля, геодезисты и геофизики – люди, работавшие на подземных рудниках и карьерах и знакомые с понятиями напряженного состояния геологической среды. Основная масса из них склоняется к тому, что аварийное состояние многих инженерных объектов вызвано неправильным подходом к проведению инженерных изысканий и недоучетом современной геодинамической активности геологической среды.
До не так давно произошедшего времени в геологии считалось, что земная кора, за исключением районов активного вулканизма и проявления сейсмических явлений (опасных в плане землетрясений), находится в состоянии покоя, т.е. неподвижна. Однако, на современном этапе с вводом в эксплуатацию новой измерительной техники, использовании спутниковой геодезии и развитии геофизических методов исследований, стало очевидным, что земная кора постоянно располагается в движении. Грубо говоря, земля ходит прямо у нас под ногами. Смещения земной поверхности и массивов горных пород обладают незначительной амплитудой и не заметны глазу, однако, могут оказывать существенное воздействие, как на массивы горных пород, так и на инженерные здания.
Подвижность массивов горных пород связана с их напряженно-деформированным состоянием. В земной коре постепенно действуют силы (сила тяжести, порождающая напряжения от веса горных пород, и тектонические силы), вследствие чего геологическая среда всегда располагаться в напряженном состоянии. Поскольку горные породы всегда перенапряжены, они начинают деформироваться и разрушаться. В первую очередь это выражается в формировании тектонических швов (разрывов) или смещения блоков горных пород вдоль заложенных ранее активных разломов. Важной особенностью прогрессивных представлений является положение о том, что основные тектонические напряжения действуют в земной коре горизонтально и во много раз превосходят по силе напряжения от веса горных пород, что хорошо подтверждается данными натурных измерений на рудниках.
Прогрессивные смещения земной поверхности всегда происходят вдоль активных тектонических разломов. Тектонический разлом - это зона нарушения сплошности земной коры, шов, разделяющий породный массив на два блока. Тектонические разломы присутствуют в любом горном массиве на любой территории и давно изучаются геологами.
Если сооружение возведено над тектоническим разломом, смещения и деформации в зоне тектонического шва могут передаваться на несущие конструкции и приводить к нарушению стабильности и авариям. Учитывая широкое распространение локальных тектонических нарушений в приповерхностной части земной коры, возможность наличия тектонической зоны в основании инженерного объекта является чрезвычайно высокой. Необходимо отметить, что наличие разлома не всегда приводит к деформациям сооружения. На это влияет сочетание определенных факторов, в частности – пересечение сразу нескольких разломов под фундаментом и конкретная ориентировка этих тектонических нарушений в поле действующих напряжений, т.е. зависит от направления действия сил.
В нормативных документах на инженерные изыскания, основная масса из которых копируют документы советского периода, изданные 30–40 лет назад, геологическая среда рассматривается как статичная структура. Инженеры-геологи изучают лишь литологические разности грунтов и гравитационные процессы, т.е. процессы протекающие под воздействием силы тяжести. При изысканиях не учитывается тектоническое напряженное состояние геологической среды с преобладанием существенных горизонтальных напряжений и не учитывается ее подвижность. Именно поэтому при деформации очередного здания стереотипные методы изучения причин этого процесса становятся бесполезными.
Предположения о влиянии осадок и уплотнения грунтов на выход в свет трещин в фундаментах и стенах сооружений зачастую не выдерживают критики. Современные здания из монолитного бетона обладают повышенной стабильностью и должны были быть менее чувствительны к подобным процессам. Однако, практика показывает, что бетонные высотки трещат ничуть не реже, чем панельные дома. Помимо всего этого, осадки свойственны только рыхлым грунтам и, следовательно, здания, построенные на прочных скальных основаниях не должны претерпевать деформаций. Но и здесь наблюдается обратная картина. На Урале – территории, где основным развитием пользуются скальные грунты, деформируется огромное количество монолитных высоток. Причем, нередко деформации локализуются именно в тех частях сооружений, которые стоят на прочном скальном основании, исключающем возможность осадки и уплотнения.
Вероятно, это объясняется тем, что прогрессивные смещения по зонам активных тектонических разломов жестко передаются через скальный грунт на бетонные конструкции. Деформации проходят резко, без смягчения, с образованием трещин и разрывов. Здания, стоящие на подушке из рыхлых отложений наоборот более защищены от динамического воздействия со стороны тектонических разломов.
Следовательно, совершенно ясно, что проблема выявления и изучения подвижных тектонических разломов требует особого внимания. Высокие темпы возведения, повсеместное возведение высотных объектов и активное освоение подземного пространства требует более тщательного сравнения инженерно-геологических условий и геодинамической опасности геологической среды. Значительный объем сведений о динамическом воздействии тектонических зон на инженерные объекты, накопленный несколькими независимых исследователей, требует тщательного анализа с целью разработки эффективной системы предотвращения данных неблагоприятных явлений. В будущем это потребует внесения существенных изменений в нормативную документацию на проведение инженерно-геологических исследований. Статья размещена в рубрике: Другое
