ИЗУЧЕНИЕ ПРИЧИН ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЯ ГАРАЖА В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЕКАТЕРИНБУРГА

Приведенный ниже текст представляет собой дополненный вариант доклада, подготовленного в рамках научно–практической конференции «Проблемы комплексных инженерных изысканий для всех видов строительства», г. Екатеринбург, 16–17 июля 2009 г. К докладу, выполненному коллективом авторов, приложены мои комментарии.

Деформации зданий и сооружений, трещины в фундаментах и несущих конструкциях являются серьезной проблемой, с которой сталкиваются строители, проектировщики и изыскатели в процессе выполняемых ими работ. В г. Екатеринбург существуют объекты, строительство которых пришлось приостановить из–за возникновения трещин в фундаменте и протекания значительных деформаций (многоэтажный дом по ул. Хомякова). Помимо этого, существует целый ряд объектов, на которых деформации проявляются с самого начала их эксплуатации и продолжаются в течение десятков лет. Весьма показательным в этом плане является пример со зданием гаража, расположенным по ул. Крылова, 2б в Верх–Исетском районе Екатеринбурга. Здание построено в середине 70-х годов прошлого века по проекту Свердловского филиала института «Гипроавтотранс» [3].

            Согласно отчетам об инженерно–геологических изысканиях грунтовое основание здания в верхней части разреза представлено насыпными грунтами (остатками строительного мусора и отходами металлургического производства), ниже 5–7 м от поверхности – небольшим слоем аллювиальных песков и глин, еще ниже залегают прочные дресва и щебень, а затем коренные породы – выветрелые габбро. Подземные воды залегают на глубине 2,5–3,0 м ниже подошвы фундамента (абсолютные отметки 242,0–246,0 м).

Здание гаража с самого начала эксплуатации испытывает значительные деформации. На начальном этапе деформаций в первые годы после возведения здания логично было предположить, что их причиной являются осадки за счет уплотнения грунтов. Тем более, что основание сложено насыпными грунтами, содержащими органику и отходы металлургического производства. Металлические включения в грунтах имеют значительные размеры и нередко препятствуют проходке инженерно–геологических скважин. Сложные насыпные грунты в процессе строительства не позволили погрузить сваи, поэтому здание построено на столбчатых фундаментах стаканного типа с глубиной заложения 2,7–4,5  м.

Деформации здания выражаются в виде трещин, отклонения колонн от вертикали и перекосов несущих конструкций (рис. 1). Данные наблюдений показывают, что деформации протекают в вялотекущем режиме на протяжении всего времени эксплуатации здания, а в некоторые периоды приобретают более резкий характер. Так, например, в феврале 2009 года, со слов директора и работников гаража, произошел удар в районе лестничной клетки. Появились новые трещины в стенах, произошел сдвиг кран–балки на 10 мм.

            За более чем тридцатилетнюю историю эксплуатации здания, работы по предотвращению его разрушения проводились неоднократно. Изучением причин деформаций здания гаража по адресу Крылова, 2б в разные годы занимались специалисты различных организаций. Кроме того, проводились изыскания под другие объекты на соседних участках с аналогичными инженерно–геологическими условиями. Изысканиями в указанном районе занимались специалисты «УралТИСИЗ» (1967, 1980, 1985, 2007 гг.), «УралГипротранс» (1972 г.), «Гипротюменнефтегаз» (1978 г.), ООО ИЦИП (2004 г.), НПО Уралгеоэкология (2006 г.), ООО НИЦ «СтройГеоСреда» (2007 г.). Обследованием состояния здания занимались сотрудники ООО ЭКФ «ГеоСтройЭксперт», 2007 г [3].

            В целом, все специалисты, занимавшиеся исследованиями свойств насыпных техногенных грунтов с включениями отходов металлургического производства, расположенных в районе ул. Крылова, пришли приблизительно к одному и тому же выводу. Поскольку период самоуплотнения насыпных грунтов составляет 1–2 года, длительное их залегание на данной территории полностью исключает возможность проявления продолжительных деформаций. Кроме того, ни одной из организаций в пределах исследуемого участка не выявлено очевидных или скрытых факторов риска, связанных с процессами суффозии, развитием оползней, химическим воздействием подземных вод, разложением органики или каких–либо иных. Фактически, все изыскательские организации, выполнявшие работы как по самому зданию гаража, так и на соседних с ним участках, единодушно сошлись во мнении, что ситуация в районе гаража является нормальной и никаких деформаций быть не должно.

            Помимо изыскателей, изучавших грунтовое основание, подробное обследование выполнили и строители. Обследование здания гаража было выполнено специалистами ООО ЭКФ «ГеоСтройЭксперт» в 2007 г. При обследовании ими не было выявлено дефектов, свидетельствующих о снижении прочностных показателей фундаментов [2]. Было установлено, что наибольшие деформации происходят в области входной группы (ворот), где из–за продолжающихся медленных осадок постоянно проявляются нарушения растворных швов в узлах сопряжения ригелей и колонн, повреждения отделки стен, швов между панелями и ригелями. При этом, специалисты ООО ЭКФ «ГеоСтройЭксперт» утверждают, что полученные результаты измерений деформаций не дают доказательства развития осадок доуплотнения грунтов основания. Более того, ими показано, что дополнительных осадок основной части здания не происходит. Деформации имеют четкую локализацию в районе входной группы в северо–восточном углу здания [2].

Комментарий 1:             Таким образом, по данному объекту сложилась весьма интересная ситуация. Было документально подтверждено, что в основании здания нет никаких отклонений – грунты стабильны, не уплотняются, имеют нормальную несущую способность. Опасных инженерно–геологических процессов, таких как суффозия, оползни (здание стоит на склоне), пучение, негативное воздействие подземных вод также не обнаружено. Само здание не имеет изначальных строительных дефектов: фундаменты не повреждены, бетон соответствует ГОСТу, прочность несущих конструкций также соответствует нормам.           В результате получаем следующее: обстановка стабильная, все хорошо и прекрасно, кроме одной мелочи – здание деформируется непрерывно на протяжении более 30 лет.

            Непрекращающиеся деформации здания гаража неоднократно заставляли проводить мероприятия по его реконструкции и укреплению. Самое последнее и наиболее существенное из мероприятий – инъекция цементно–песчаных растворов в грунт, проведенная предприятием ООО «Геоконт». Однако, существенных результатов ни одно из мероприятий не принесло, деформации здания гаража по ул. Крылова, 2б продолжаются в прежнем режиме.

            Поскольку процесс деформации здания не нашел объяснения в рамках стандартных инженерно–геологических методов, в процессе исследований, проводившихся научно–производственной группой Уральского государственного горного университета по собственной инициативе, было выдвинуто предположение о воздействии современной активной тектоники. Данные многолетних исследований на территории Екатеринбурга, а также по целому ряду объектов Северного, Среднего и Южного Урала, заставляют предполагать, что современные смещения в пределах локальных линейных зон тектонических нарушений служат причиной, по крайней мере, 50% случаев деформаций зданий, сооружений и объектов инженерных коммуникаций.

            Для обоснования выдвинутого предположения было проведено обследование территории, прилегающей к гаражу. Выполнено изучение космических снимков, инженерно–геологических и гидрогеологических данных, построена карта гидроизогипс. Кроме того, были проведены геофизические работы, направленные на изучение изменения объемной активности радона в пределах предполагаемого участка расположения подвижного тектонического разлома.

Комментарий 2:             Позволю себе акцентировать внимание на том, что, несмотря на значительный объем исследований, проводившихся на данном участке и прилегающих территориях в разные годы, до текущего момента никто не догадался построить карту гидроизогипс. Несмотря на значительные объемы бурения и наличие множества скважин, карта гидроизогипс для изучаемой территории была построена впервые только в процессе инициативных исследований, проводившихся научно–производственной группой УГГУ.             При всем уважении к моим дорогим коллегам – изыскателям, это, как говориться, ни в какие ворота!             Такое вот лирическое отступление…

            Как уже неоднократно отмечалось, одним из важнейших поисковых признаков современной подвижной тектонической зоны является повышенная проницаемость. Высокая проницаемость горных пород в пределах тектонических разломов проявляется как в гидродинамическом поле, так и по увеличению подвижности различных флюидов, в частности, радиогенных газов. Анализ карты гидроизогипс однозначно показал наличие сразу нескольких линейных водоносных зон повышенной проницаемости (рис. 2). Следует обратить особое внимание на тот факт, что поток подземных вод под частью здания (северо–восточный угол) направлен не к реке, а параллельно ей. А местами даже в обратную сторону от р. Исеть! Это свидетельствует о высоких фильтрационных свойствах тектонического шва и транзите подземных вод вдоль разлома.

            Данные, полученные при анализе инженерно–геологических разрезов, подтвердили наличие разломных зон. На  разрезах прослеживается выраженный карман выветривания с повышенной мощностью рыхлых пород в пределах зоны тектонического разлома. Хотя наличие линейного кармана выветривания не является обязательным признаком современного активного разлома, в данном случае этот факт не несет в себе никаких противоречий и дополнительно указывает на местонахождение тектонического нарушения под зданием гаража.

            Наряду с анализом карты гидроизогипс было проведено изучение космического снимка территории и выполнено визуальное обследование местности. Поскольку естественный рельеф в пределах города претерпел значительные техногенные изменения, проследить положение линейных тектонических зон на космическом снимке достаточно трудно. Однако, визуальное обследование показало, что на противоположном берегу реки Исеть один из тектонических разломов имеет четкое выражение в морфологии рельефа (рис. 3). Здесь была обнаружена линейная зона увлажненных вспученных грунтов с признаками современных деформаций. Наличие набросков крупного щебня свидетельствует, что местные жители ведут постоянную, но безрезультатную борьбу с переувлажненным участком.

Комментарий 3:             Активные тектонические нарушения очень часто имеют видимое выражение в рыхлых грунтах, особенно на местности, нарушенной техногенным воздействием. В таких зонах наблюдается вспучивание грунтов, образование бугров и ям, постоянное увлажнение за счет восходящих выходов подземных вод. На проезжих улицах выравнивание таких площадок исправляет ситуацию только на время. Вскоре дороги здесь вновь становятся похожими на действующий военный полигон.

            Важным этапом работ является анализ наблюдений за деформациями. Были изучены материалы предшественников по наблюдениям за деформациями здания гаража методом точного нивелирования [2]. Также проведено обследование дорожного покрытия на предмет наличия дефектов и деформаций земной поверхности.

            Анализ результатов нивелирования по нескольким циклам измерений показал, что основные деформации с отрицательным характером смещения локализуются в северо–восточной части здания (рис. 4). Незначительные деформации с положительным смещением наблюдаются в западной части здания. При этом, основная часть площади здания находится в состоянии покоя. Локализация деформаций в определенных участках, таких как входная группа (северо–западный угол), где наблюдается наибольшее количество трещин в конструкциях и швах, свидетельствует о наличии локальных линейных тектонических зон, вдоль которых происходит основное смещение. Вне этих зон здание не деформируется. В целом, точное нивелирование дает хорошие результаты по наблюдениям за деформациями. Однако, при изучении подвижных тектонических разломов наравне с вертикальными смещениями необходимо измерять и горизонтальную составляющую.

            Обследование дорожного покрытия на участке работ показало, что краевые части тектонических разломов (наиболее подвижные шовные зоны), как правило, проявляются в виде деформаций, дефектов и выбоин, выстраивающихся в линейные цепочки по простиранию разлома. Необходимо отметить, что наблюдения за деформациями дорожного полотна и соседних зданий является важной частью исследований, позволяющих получить дополнительную информацию.

             Для подтверждения данных о положении активных тектонических швов на участке исследований была выполнена радоновая съемка (рис. 5). Эманационная радоновая съемка была произведена согласно инструкции к прибору РГА–500 с отбором почвенного воздуха из шпуров глубиной 0,5–1,0 м. Всего было отработано три профиля, включающих 18 точек опробования. Геофизические данные подтвердили наличие активного разлома в пределах намеченных ранее границ. При обработке данных геофизических исследований центральная часть зоны активного тектонического разлома проявилась по выраженному падению объемной активности радона, в то время как в бортах разломной зоны наблюдались всплески объемной активности радона с максимальными значениями (рис. 6).

             По совокупности полученных данных, на основании гидрогеологических, инженерно–геологических, деформационных и геофизических критериев, на исследуемой территории было выделено три активных тектонических разлома (рис. 7). Пространственное расположение выделенных активных тектонических разломов полностью соответствует представлениям о современном напряженном состоянии земной коры в пределах Уральского региона [1, 4, 5]. В поле современных действующих напряжений, при субширотной ориентировке оси главного максимального напряжения, данные разломы активизируются как: левый сдвиг с азимутом простирания 320–330°, правый сдвиг с азимутом простирания 220–230° и надвиг с азимутом простирания 340–350° (рис. 8). Полученные данные позволяют предполагать, что надвиг имеет восточное падение и достаточно пологое залегание.

             Таким образом, максимальные деформации в северо–восточном углу здания гаража связаны с постоянными движениями по двум активным тектоническим разломам – надвигу и правому сдвигу. Указанная часть здания попадает в зону относительного растяжения, в которой по надвигу происходит смещение в западном направлении, а по правому сдвигу – в северо–восточном (рис. 9). Два активных разлома как бы растаскивают блок породного массива в разные стороны, при этом вместе с ним двигается и часть гаража. Одновременно, эта же часть здания как бы проваливается в образовавшуюся зону разрежения между двух разломов. Именно за счет тектонических смещений здесь наблюдаются непрекращающиеся осадки здания, хотя инженерные изыскания не зафиксировали ни процессов уплотнения рыхлых техногенных грунтов, ни каких–либо других негативных явлений. В других частях здания, расположенного на пересечении сразу трех активных разломов, деформации проявляются гораздо слабее.

             Таким образом, результаты исследований, проведенных научно–производственной группой Уральского государственного горного университета, показывают, что наличие активных тектонических нарушений является основным фактором, оказывающим негативное воздействие на здание гаража, расположенного по адресу Крылова, 2б. Максимальные деформации в районе северо–восточного угла связаны с расположением этой части здания в пределах зоны растяжения, сформированной в результате разнонаправленного смещения по двум активным тектоническим разломам: надвигу и правому сдвигу.

              Детальное изучение грунтового основания специалистами других организаций не имело положительного результата. Безуспешные работы по изучению и предотвращению деформаций на протяжении более чем 30 лет свидетельствуют о несостоятельности общепринятых методов инженерно–геологических изысканий при изучении современных быстротекущих геологических процессов, связанных с напряженным состоянием породных массивов.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.      Лукьянов А.Е. Гидрогеомеханический анализ ориентировки водоносных тектонических структур в скальных породах // Изв. Вузов. Горный журнал. – 2008. - №8 – С. 182–184. 2.      Лушников В.В., Эпп А.Я., Бикташев Т.Х., Севрюк И.Г. Заключение. Техническое  обследование здания Автогаража по ул. Крылова, 2Б в г. Екатеринбург. – Екатеринбург, ООО ЭКФ «ГеоСтройЭксперт», 2007. 3.      Отчет о комплексных изысканиях по объекту: «Реконструкция гаража по ул. Крылова, 2Б в г. Екатеринбург» – Екатеринбург, Инженерный центр исследования и проектирования, 2004. 4.      Тагильцев С.Н., Лукьянов А.Е. Гидрогеологическая стратификация скального массива Петропавловского рудного поля. // Подземные воды востока России: материалы XIX Совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. – Тюмень: Тюменский дом печати, 2009. – С. 57–60. 5.      Тагильцев С.Н. Основы гидрогеомеханики скальных массивов. Учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003.

На главную