Применение спектральной сейсморазведки для решения задач инженерной геологии (стр. 2 из 3)

Очистные сооружения возводились тогда, когда метода ССП еще не было, и поэтому винить в сложившейся там ситуации никого нельзя. Что же касается ТЭЦ, то ее территорию мы обследовали еще во время строительства, то есть тогда, когда еще можно было что-то сделать. В представленном руководству ТЭЦ отчете было показано, что оба машинных зала оказались в расположении тектонических нарушений, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поскольку эта информация не была учтена, то теперь этот объект в целом представляет для нас интерес как полигон для проверки правильности сделанного нами прогноза.

Характер разрушения инженерного сооружения, попавшего в зону тектонического нарушения, зависит от многих причин. Здесь ведь получается взаимное влияние между породами в зоне тектонического нарушения и характером воздействия со стороны сооружения, и при одном и том же состоянии пород разрушение сооружения будет происходить тем быстрее, чем больше вес сооружения, а также, чем больше динамическая составляющая воздействия с его стороны. Так, корпус больницы на Крестовском о-ве, построенный еще до войны, стал резко погружаться в грунт и разрушаться только после того как в одном из помещений был установлен пресс для производства лекарственных препаратов.

Влиянию со стороны тектонических нарушений подвержены и совсем незначительные объекты. Так, например, расположенный на территории Петропавловской крепости маленький одноэтажный Ботный домик. Он был построен в 1761 году, и сколько мы его помним, практически постоянно ремонтируется, поскольку в его фундаменте и стенах постоянно развивается трещина, которая делит домик примерно пополам.

Для выяснения причины этого, в 1997 году вокруг здания было осуществлено обследование методом ССП. На рис. 1 приведен ССП-разрез, полученный при профилировании в северо-западном направлении, вдоль фасадной стенки Ботного дома, в которой развивается трещина.

Приведенный на рис. 1 ССП-разрез представляет собой совокупность спектральных изображений сейсмосигналов, полученных при проведении сейсмоизмерений с шагом, равным 2 м. Каждое утолщение на вертикальной оси соответствует уровню микронарушенности пород [5]. Как видно из рисунка, участок профиля 20-32м характеризуется породами, имеющими повышенную микронарушенность, что соответствует большей податливости грунта.

Видимое на ССП-разрезе различие в уровне микронарушенности касается пород на глубинах 30-40 м, однако это является индикацией состояния пород до самой поверхности, что и подтверждается характером разрушения сооружения. Таким образом, причина появления трещины в Ботном доме – расположение здания на границе между участками с различными значениями несущей способности грунта. В результате, фундамент дома как бы работает на срез. На ССП-разрезе четко видно, что граница, по которой проходит резкое изменение несущей способности грунта, совпадает с местонахождением трещины, разделившей здание на две части.

Рис. 1

Этот случай очень простой, и меры, которые могли бы приостановить разрушение Ботного домика, очевидны. Для этого следует либо передвинуть дом на 6м в северо-западном направлении, либо подвести под дом металлические балки, способные, в отличие от хрупкого фундамента, упруго изгибаться.

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.