Трещины в фундаментах. Трещины в стенах. Причины их появления.
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. Практически в каждом крупном городе существуют объекты, строительство которых пришлось приостановить из–за возникновения трещин в фундаменте и протекания значительных деформаций. Помимо этого, существует целый ряд объектов, на которых деформации проявляются с самого начала их эксплуатации и продолжаются в течение десятков лет. Несчастным жителям таких зданий приходится жить в развалинах (см. фото). Нередко от деформаций страдают не только крупные жилые здания, но и частные дома и коттеджи.
Чаще всего деформации инженерных объектов объясняются осадками вследствие уплотнения грунтов основания. Несомненно, процесс уплотнения грунтов является причиной многих деформаций. Однако, следует отметить два немаловажных момента. Во-первых, процесс уплотнения грунтов под действием веса здания может продолжаться не более 2-3 лет после его постройки. Во-вторых, перед началом строительства и разработки 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. Соответственно, если здание все-таки начало деформироватья - значит либо кто-то выполнил свою работу с нарушением существующих правил и норм, либо сами правила содержат в себе недочеты и не отражают в полной мере реальной ситуации.
В большинстве случаев, в случае возникновения аварийной ситуации на каком-либо инженерном объекте, под него проводят повторный комплекс инженерных изысканий, т.е. снова проверяют несущую способность грунтов и возможное проявление негативных инженерно–геологических процессов. В большинстве случаев, выполнение одних и тех же работ во второй раз не приносит каких-либо результатов. Повторное применение устаревших методов изысканий не позволяет установить настоящие причины разрушения зданий.
На отсутствие однозначного ответа о причинах деформаций зданий и сооружений давно обращают внимание многие специалисты. Как правило, 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. Большинство 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 недавнего времени в геологии считалось, что земная кора, за исключением районов активного вулканизма и сейсмоопасных районов (т.е. опасных в плане землетрясений), находится в состоянии покоя, т.е. неподвижна. Однако, на современном этапе с вводом в эксплуатацию новой измерительной техники, применении спутниковой геодезии и развитии геофизических методов исследований, стало очевидным, что земная кора постоянно и повсеместно находится 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 сооружения.
Подвижность массивов горных пород связана с их напряженно-деформированным состоянием. В земной коре постоянно действуют силы: сила тяжести, порождающая напряжения от веса горных пород (геостатические напряжения), а также тектонические силы, которые, как правило, имеют горизонтальную ориентировку и могут многократно превышать геостатические напряжения. Данное положение хорошо подтверждается результатами исследований напряженного состояния породных массивов в горных выработках. Таким образом, геологическая среда всегда находится в напряженном состоянии или, иными словами, в состоянии предельного равновесия. Поскольку горные породы всегда перенапряжены, они начинают деформироваться и разрушаться. Чаще всего это выражается в формировании тектонических швов (разрывов) или смещения блоков горных пород вдоль заложенных ранее активных разломов.
Современные 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 практически на любой территории. Это касается и горных районов и платформенных областей.
Если здание возведено над тектоническим разломом, смещения и деформации в зоне тектонического шва могут передаваться на несущие конструкции и приводить к нарушению устойчивости и авариям. Учитывая широкое распространение локальных тектонических нарушений в приповерхностной части земной коры, вероятность наличия тектонической зоны в основании инженерного объекта является чрезвычайно высокой. Необходимо отметить, что наличие разлома не всегда приводит к деформациям здания. На это влияет сочетание определенных факторов, в частности – пересечение сразу нескольких разломов под фундаментом и определенная ориентировка этих тектонических нарушений в поле действующих напряжений. Т.е. активность (подвижность) тектонических нарушений зависит от направления сил, действующих в земной коре на данном участке.
В нормативных документах на инженерные изыскания, большинство 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 действием силы тяжести. При изысканиях не учитывается тектоническое напряженное состояние геологической среды с преобладанием значительных горизонтальных напряжений и не учитывается современная подвижность породных массивов. Именно поэтому при деформации очередного здания стандартные методы изучения причин этого процесса становятся бесполезными. Появление трещин в фундаментах и стенах домов далеко не всегда связано с литологией грунтов основания или с их особыми свойствами, такими как пучинистоть, просадочность, суффозионные процессы и пр.
Предположения о влиянии осадок и уплотнения грунтов на появление трещин в фундаментах и стенах сооружений зачастую не выдерживают критики. Современные здания из монолитного бетона обладают повышенной прочностью и должны были быть менее чувствительны к подобным процессам. Однако, практика показывает, что бетонные высотки трещат ничуть не реже, чем панельные дома. Кроме того, осадки свойственны только рыхлым грунтам, таким как пески, супеси, суглинки, глины. Соответственно, здания, построенные на прочных скальных основаниях не должны испытывать 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 зданий, которые стоят на прочном скальном основании, исключающем возможность осадки и уплотнения.
Данный процесс может объяснятся тем, что современные смещения по зонам активных тектонических разломов жестко передаются через скальный грунт на бетонные конструкции при их непосредственном контакте. Бетонный монолитный фундамент и скальный массив могут воспринимать тектонические деформации совместно, как единый блок. Вследствие чего, деформации конструктивных элементов проходят резко, без смягчения, с образованием трещин и разрывов. Сооружения, стоящие на подушке из рыхлых отложений, наоборот, более защищены от динамического воздействия со стороны тектонических разломов. Тектонические подвижки и смещения в этом случае могут смягчяться в пластичном слое рыхлых отложений и не передаваться напрямую на фундаменты зданий.
Таким образом, проблема выявления и изучения подвижных тектонических разломов является актуальной и вызывает повышенный интерес со стороны многих специалистов. Высокие темпы строительства, повсеместное возведение высотных объектов и активное освоение подземного пространства требует более тщательного анализа инженерно-геологических условий и учета геодинамической активности геологической среды. Значительный объем сведений о динамическом воздействии тектонических зон на инженерные объекты, накопленный целым рядом независимых исследователей, требует тщательного анализа с целью разработки эффективной системы защиты от негативного воздействия современной тектоники. Наиболее значимым шагом в этом направлении будет внесение изменений и дополнений в действующие нормативные документы, касающиеся методики проведения инженерно-геологических изысканий.
