Реферат: Применение спектральной сейсморазведки для решения задач инженерной геологии
К сожалению, дирекция музея "Петропавловская крепость" проигнорировала выводы, которые мы сделали в результате обследования, и Ботный домик находится, по-прежнему, в состоянии непрекращающегося ремонта.
Данный случай представляется особо интересным, так как мы имели возможность пронаблюдать, как происходит развитие процесса снижения несущей способности грунта во времени, и к каким разрушениям здания эти процессы приводят. После осуществления ССП-измерений в начале 1997 года здание Ботного домика было поставлено на капитальный ремонт. К середине 1999 года ремонт был завершен. Внешне домик выглядел как новенький. Осмотр здания в начале 2000 года показал, что начали разрушаться бетонные цоколи колонн, а в нижней части некоторых колонн появились субвертикальные трещины. В начале лета 2000 года начались работы по ремонту цоколей колонн. Осмотр, осуществленный в это время, показал, что угол расположенного в 10 метрах от Ботного домика 3-х этажного здания (Петропавловская крепость дом N 9) от фундамента до 2-го этажа пересекает трещина. Направление трещины соответствует направлению границы между зонами с различной несущей способностью грунта. Осмотр Ботного домика в декабре 2001 года показал следующее. Большинство колонн здания пронизаны субвертикальными трещинами, протянувшимися снизу на половину, а то и на 2/3 высоты колонн. С западной и восточной сторон здания на стыке стены здания с крыльцом наблюдаются тонкие трещины. Их местоположение в точности соответствует расположению мощной трещины, разделяющей здание почти пополам, наблюдавшейся в момент измерений в 1997 году. В расположенном рядом доме N 9 наблюдавшаяся ранее трещина увеличилась и пересекает здание уже от фундамента до самой крыши.
Повышенная проницаемость пород в зонах тектонических нарушений имеет своим следствием формирование подземных водотоков, а в некоторых случаях, возникновение замкнутых водонасыщенных объемов с повышенным давлением внутри. Это так называемые плывуны, весьма распространенные в Петербурге и Ленинградской области. Сами по себе, плывуны могут до поры до времени не представлять опасности для сооружений. Но если каким-то образом лишить плывун герметичности, то сооружение, находящееся над ним, немедленно начнет оседать. Такая ситуация возникла, например, на набережной Обводного канала.
На рис.2 приведен план участка набережной Обводного канала вблизи домов N.48-50. При ведении строительных работ по расширению набережной, а именно, при забивке шпунта в дно канала, произошел провал грунта в зоне, оконтуренной эллипсом, через которую проходит подземный силовой кабель метрополитена, телефонные кабели и канализационный коллектор. Кроме того, в это же время началась интенсивная осадка и разрушение дома N 48.
Рис. 2
Проведенные методом ССП пять параллельных профилей позволили выявить систему плывунов, приуроченных к зоне тектонических нарушений. На рис. 2 эта зона ограничена штриховыми линиями. При забивке шпунта плывун был потревожен, и началась миграция его содержимого. Это нарушило гидрогеологический режим всей зоны, что и создало аварийную ситуацию.
Бывает так, что зона тектонического нарушения невелика, и находится целиком под сооружением, и поэтому не может быть выявлена при оконтуривании методом ССП вокруг его фундамента. В таком случае, сделать диагностирование здания возможно только путем обследования его подвальных помещений.
Именно так пришлось поступить при диагностировании здания Биржи, что на Стрелке Васильевского острова. Здание Биржи было построено в 1810 г. Последний раз оно ремонтировалось в 1946-48 гг. В настоящий момент здание «расколото» многочисленными трещинами. Профилирование под зданием, вдоль подвалов, позволило выявить факторы, обуславливающие его разрушение.
Показанный на рис. 3а ССП-разрез, полученный при профилировании в подвале здания, содержит три основных зоны, различающихся по величине несущей способности η.
О наличии зон пониженной несущей способности обычно свидетельствуют воронкообразные объекты на ССП-разрезе. На ССП-разрезе, показанном на рис. 3а, видны не воронки целиком, а как бы их образующие.
Зоны с различной несущей способностью грунта показаны на рис. 3b. Участки 0-25 м профиля (зона I) и 39-62 м (зона III) профиля имеют несущую способность, пониженную относительно участка 25-39 м профиля (зона II).
Проведение нескольких профилей в подвалах Биржи позволило выявить конфигурацию находящейся под зданием зоны с повышенной несущей способностью.
Наличие зоны с пониженной податливостью грунта в середине сооружения приводит к возникновению раскалывающего действия на его фундамент. Совмещение этих результатов со схемой систем трещин, пересекающих здание, позволило определить причины разрушения Биржи. Небольшая глубина, на которой проявились объекты, свидетельствует о том, что разрушение Биржи идет с ускорением, и следовательно, выбор метода реставрации должен быть очень тщательным.
Относиться к зонам тектонических нарушений при попадании их в пределы строительной площадки следует как к природному объекту, свойства которого на сегодняшний день изменить нельзя, и поэтому с ними следует считаться. Категорически нельзя в этих зонах помещать несущие конструкции. Как и в случаях пересечения дорогами рек, через эти зоны должны быть перекинуты сооружения мостового типа. Мы с большим интересом ждем начала эксплуатации кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга, так как вопреки нашим рекомендациям свайное основание развязки окружной дороги с Выборгским шоссе оказалось именно в зоне мощнейшего тектонического нарушения. Не вызывает сомнений, что этот участок дороги будет находиться в постоянном ремонте.
Известны случаи, когда разрушение здания инициировалось его надстройкой всего на один этаж. С точки зрения прочностных свойств несущих конструкций это трудно объяснимо, но в том-то и дело, что разрушение здания при этом ускоряется именно за счет погружения в грунт части его фундамента, которое инициируется появлением динамического на него воздействия, возникающего при строительных работах.
Рис. 3
Дефицит пригодной для строительства площади в условиях города заставляет изыскивать способы для наиболее рационального ее использования. Ветшающие здания сносят и на их месте строят новые. Однако процесс выхода зоны микротрещиноватости осадочных пород в зоне тектонических нарушений на поверхность под воздействием инженерных сооружений необратим. Поэтому если здание пришло в непригодное для дальнейшей эксплуатации состояние под воздействием зон тектонических нарушений, то есть за счет выхода на поверхность повышенно трещиноватого грунта, то это необходимо учесть при строительстве на этом месте нового сооружения. В противном случае, новое сооружение долго не прослужит. В этом удалось убедиться, когда в Москве, в 1997 году, на углу улиц Мархлевкого и Мясницкой разрушился дом, не прослуживший и трех лет. Строго говоря, разрушился не весь дом, а только та его половина, которая оказалось на месте ранее стоявшего там дома, который разрушился, прослужив 30 лет.
Примером такого случая в Санкт-Петербурге может оказаться реконструкция здания в Волынском пер. д. 1/36, надстроенного и переоборудованного в новый Бизнес-центр. Основное здание было построено в 1912 г. совместно со зданием ДЛТ, для нужд Гвардейского экономического общества. При реконструкции, совсем недавно оно было надстроено и, кроме того, к нему была пристроена часть здания. Строительство рядом с Бизнес-центром шестиэтажного гаража вызвало развитие трещин в его стенах еще до начала полной эксплуатации здания. Профилирование методом ССП, осуществленное в подвалах и в гараже, показало наличие зон пониженной несущей способности грунта. Те зоны, которые пересекают площадь гаража, уже привели к появлению трещин в стенах здания, расположенных над ним, причем выявленные зоны с пониженной несущей способностью грунта хорошо соответствуют зонам трещиноватости на верхних этажах здания. Подвалы здания забетонированы, однако и под бетоном на ССП-разрезах четко проявляются зоны снижения несущей способности грунта.
На рис.4 показан ССП-разрез, полученный по одному из профилей, пройденных в подвале.
Рис. 4
Хорошо различимый на рисунке воронкообразный объект на участке 19-30 м профиля свидетельствует о наличии в этой зоне пониженной несущей способности грунта. В отличие от примеров, приведенных на рис.1 и 3, в данном случае повышенная микронарушенность поднялась уже практически до поверхности. И именно этим объясняется довольно быстрое развитие визуально наблюдаемых трещин в стенах здания.
Не вызывает сомнения, что расположенный рядом и начавший функционировать многоэтажный гараж, являющийся источником возникновения дополнительных динамических нагрузок, очень поспособствует ускорению разрушения здания Бизнес-центра.
Опыт проведения семинаров в проектных и строительных организациях показал, что наш тезис о влиянии глубинных геологических объектов на надежность инженерных сооружений, как правило, не воспринимается. При анализе разрушения всегда находятся причины, которые выглядят правдоподобно, а главное, не требуют привлечения глубинных геологических объектов. Как правило, это причины климатического характера, ссылки на морозы, дожди (как избыток, так и недостаток), ссылки на влияние со стороны ведущихся недалеко от разрушившегося сооружения строительных работ или нарушения технологии строительства. В Москве, кроме того, как ни странно, часто ссылаются на повышенную сейсмоактивность. Странность здесь заключается в том, что ссылки эти совершенно бездоказательны.
Для изучения причин, приводящих к разрушению таких специальных инженерных сооружений как трубопроводы, летом 2000 года был сделан 12-километровый профиль вдоль газопровода Уренгой - Новопсков (Башкирия, в 80 км от Уфы). По осредненным данным службы эксплуатации, аварии на этом участке происходили практически на каждом километре. Кроме того, были отмечены случаи, когда аварии повторялись на том же самом месте, что и в первый раз. Отметим, что уже один этот факт является свидетельством того, что аварийность обусловлена не качеством изготовления труб или качеством их монтажа, а какими-то природными факторами присущими месту, где произошла авария.
Результаты сопоставления аварийной ситуации с полученными ССП-разрезами превзошли самые смелые ожидания. Анализ этих результатов показал, что все 100% аварий были приурочены к зонам тектонических нарушений. Особо следует отметить, что нет ни одной аварии, которая бы произошла вне зоны тектоники. Тот факт, что на обследованном участке количество зон тектонических нарушений превышает количество аварий, позволяет предположить, что аварии в этих зонах еще могут произойти, по крайней мере, вероятность их появления значительна. Таким образом, исходя даже из полученных результатов можно утверждать, что осуществление ССП вдоль трасс трубопроводов позволяет выявлять потенциально аварийные участки.
Сейчас, когда стало доказанным и очевидным влияние тектонических нарушений на надежность инженерных сооружений, можно наметить следующие меры, позволяющих учесть этот фактор при осуществлении строительства: