Инженерно-геологические изыскания; от инженерной геологии к инженерной геофизике и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

От инженерной геологии к инженерной геофизике

(доклада сделан на третьей общероссийской конференции изыскательских организаций в ПНИИИС 20-21 декабря 2007г.)

Гликман А.Г.
НТФ "Геофизпрогноз"
Санкт-Петербург

     Инженерная геология возникла в результате накопления вопросов, связанных с внезапными и необъяснимыми разрушениями инженерных сооружений. В самом деле, невзирая на совершенствование строительных материалов и технологий, количество внезапных разрушений самых различных сооружений оставалось велико и не снижалось.
     Несмотря на многократное превышение прочности несущих конструкций, неуклонно обрушаются крыши при совершенно незначительном количестве лежащего на них снега. Обрушаются отдельные стены и фасады... Не говоря уже о разрушениях специальных, особо прочных сооружений - разного рода цистерн, трубопроводов, рельсовых путей...
     Неоднократно возникали гипотезы, что разрушения как-то связаны с геологическим строением в зоне строительства. Однако ни подтвердить это, ни опровергнуть было невозможно. Для того, чтобы разобраться с этим, с конца ХIХ века стала развиваться геология приповерхностных пород, которая в дальнейшем получила название инженерной геологии.
     Попытки найти зависимость вероятности разрушения от геологического строения не увенчались успехом, но инженерно-геологические изыскания все равно стали обязательными при проведении строительных работ.
     О том, что применение инженерно-геологических изысканий не воспринимается как фактор, уменьшающий вероятность разрушения, свидетельствует несколько моментов. Во-первых, в результате многочисленных опросов проектировщиков, строителей и архитекторов оказалось, что практически отсутствуют случаи, когда по результатам инженерно-геологических изысканий изменяют что-либо в заранее задуманном проекте - касается ли это конструкции фундамента, либо этажности, либо местонахождения возводимого дома. Во-вторых, вопреки тому, что по своему замыслу инженерно-геологические изыскания должны осуществляться в предпроектный период, они часто проводятся уже тогда, когда исправить ничего нельзя. А бывает - так и вовсе уже во время строительства. И, наконец, в-третьих, проведение инженерно-геологических изысканий зачастую осуществляется фиктивно. То есть, в геологическом журнале заранее, еще перед бурением или шурфованием приведено описание пород, как считается, типичное для данного региона. Понятно, что если бы от результатов изысканий ожидалась хоть какая-нибудь информация, отношение к инженерной геологии было бы иным.
     В результате, применяющиеся в обязательном порядке инженерно-геологические изыскания служат не для того, чтобы выявить характер грунта и условия возведения и эксплуатации сооружения, а исключительно для того, чтобы выполнить формальности, позволяющие избежать ответственности при внезапном разрушении сооружения.
     Формализация при строительных работах вообще доведена до абсурда. Не дающие абсолютно никакой информации, чисто формально проведенные изыскания ложатся в основу расчетов при проектировании сооружений. Далее, сами расчеты являются полной фикцией, поскольку основаны на фиктивной геологической информации. И единственным назначением этих расчетов является выход на то решение, которое уже принято архитектором. Аналогичная ситуация сложилась в угледобывающей отрасли, где все шахты обязаны предоставлять расчет крепи для каждой подземной выработки. Однако этот расчет сводится к тому, чтобы выйти на ту крепь, которая в настоящий момент находится на складе.
     Особую озабоченность вызывают случаи, когда повторные инженерно-геологические исследования, проводившиеся после внезапного разрушения, показывают существенное уменьшение несущей способности грунта по сравнению с результатами, полученными перед началом строительства. Как, например, при общеизвестном случае внезапного разрушения Трансконского элеватора, в Канаде, когда за год, прошедший с начала его эксплуатации, твердые сухие глины, залегавшие в приповерхностных слоях, превратились в жидкую глину, а на глубине 20м исчезла известняковая скала.
     В общем, давно уже стало понятно, что информация, получаемая в результате инженерно-геологических изысканий, не имеет прогностической ценности и, в лучшем случае, носит констатационный характер. К сожалению, информацию, имеющую прогностическую ценность, не давала и геофизика. В лучшем случае, геофизическую информацию можно "подтянуть" под уже сложившуюся ситуацию.
     Все резко изменилось, когда вдруг оказалось, что применявшийся до этого для прогнозирования горнотехнической ситуации в угольных шахтах метод спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) позволяет выявлять зоны тектонических нарушений (ЗТН). На ССП-разрезах зона тектонического нарушения (ЗТН) проявляется воронкообразным (V-образным) объектом или одной его образующей.
     Спектральная сейсморазведка основана на ряде новых, неизвестных ранее физических эффектах [1]. Общая идея этого направления состоит в том, что земная толща по своим акустическим свойствам представляет собой не совокупность отражающих границ, как это раньше считалось, а совокупность колебательных систем. В ЗТН происходит увеличение добротности этих колебательных систем, а, следовательно, добротности гармонических составляющих сейсмосигнала. Собственно, за счет этого мы и выявляем эти зоны с помощью ССП (по сути, с помощью спектрального анализа сейсмосигнала). Но ведь изменение колебательных свойств массива определяет и изменение условий существования инженерных сооружений.
     С самого первого момента, как это было обнаружено (еще в 1993 году), мы начали наблюдать совпадения, которые заключались в следующем. Наличие ЗТН всегда совпадает с наличием тех или иных признаков разрушения находящегося в этой зоне сооружения.
     На рис.1 показана фотография стены 63-го профтехучилища в Магнитогорске, а на рис.2 - ССП-разрез при профилировании вдоль этой стены.

стена 63-го профтехучилища в Магнитогорске
Рис. 1

ССП-разрез при профилировании вдоль треснувшей стены 63-го профтехучилища в Магнитогорске
Рис. 2

     Такое, в общем то, несложное измерение могло служить для прогнозирования разрушений. Сейчас, когда трещины в стене уже существуют, на основании полученной информации было сделано предписание, согласно которому, если в пределах ЗТН, в здании установить вибрирующую технику, то дом разрушится точно и неизбежно.
     Наблюдения в течение нескольких лет позволили нам сформулировать ряд свойств этих зон [2]. Объединить и осознать все эти свойства удалось после того, как стало известно открытие проф. Сашурина [3], который обнаружил средствами космической геодезии наличие в ЗТН проявления планетарной пульсации. Частота этой пульсации весьма низкая, доли герц, а амплитуда может достигать 10см.
     Я думаю, что это одно из величайших открытий ХХ века. Оно позволяет понять очень многие происходящие вокруг нас явления, и окажет со временем огромное влияние на все науки о Земле.
     Вот одно из следствий того, что в ЗТН имеет место планетарная пульсация. Представим себе, что фундамент сооружения, оказавшийся частично в ЗТН, не будет обладать достаточной гибкостью, чтобы двигаться в соответствии с пульсацией грунта, находящегося под ним. Но ведь именно это и происходит с хрупкими железобетонными плитами, которые сейчас все чаще используются в строительстве. И сразу становится понятным, почему эти, казалось бы, надежнейшие основания трещат сплошь и рядом как скорлупа ореха. Причем, зачастую даже еще до того, как на них начинают возводить стены.
     Возникновение геофизического метода, способного выявлять ЗТН - это явление не количественного характера, когда стало на один геофизический метод больше, а качественного, идеологического. Именно изучение спектра сейсмосигнала показало, что земная толща по акустическим характеристикам является совокупностью колебательных систем.
     Уже только один этот момент является основанием для пересмотра основ строительной науки. Одно дело - считать, что строительство ведется на земной тверди, и другое - обнаружить вдруг, что опора фундамента, при некоторых условиях, отнюдь не твердь.
     Замечено, что чем мощнее и прочнее фундамент, тем чаще он разрушается. Да, это парадокс. Но парадокс, аналогичный тому, что толстое дерево более уязвимо в бурю, чем молодое и гибкое. История разрушения аквапарка в Ясенево - это как раз такой случай. Построен он был частично в ЗТН. На 70-сантиметровую плиту - его основание - снизу действовала планетарная пульсация, а сверху - динамическое воздействие аттракциона "океанская волна". В момент синфазного их воздействия плита лопнула. Разрушение опор, на которых держалась крыша - это уже следствие разрушения плиты. А падение крыши - следствие разрушения опор.
     Оказалось, что планетарная пульсация не постоянна ни по амплитуде, ни по частоте. Так, в позапрошлую зиму был пик пульсации, и внезапно во многих странах попадало множество крыш. Общим у этих сооружений было то, что несущими элементами там были не стены, а отдельные вертикальные опоры. Эти опоры в условиях пульсации погружались в грунт, раскачиваясь. При этом балки выходили из зацепления, и далее, падала крыша.
     Если поднять хронологию тех аварий, то можно увидеть, что непосредственно перед падением крыши происходило разрушение фундамента. Это либо образовывались трещины в полу, если не было подвала, либо, как на Басманном рынке, полопались трубы в подвале. То есть, первопричина - подвижность грунта.
     Как показывает практика, кирпичные сооружения оказались наибольшим образом приспособленными к тому, чтобы выдерживать планетарную пульсацию. Когда кирпичная кладка, гибкая по своим свойствам, стоит на не слишком жестком фундаменте, вся конструкция может оказаться гармоничной, то есть в условиях подвижного основания кладка изгибается, но не разрушается.
     А вот дома, возведенные по технологии монолитного строительства, являются хрупкими конструкциями, и большинство их, в той или иной степени, разрушаются. По крайней мере, в Петербурге это так.
     Для каждого региона существуют свои особенности влияния ЗТН на инженерные сооружения. Так, для Москвы - это процессы карстообразования. Все эти провалы на дорогах являются следствием карстообразования. Для Петербурга - наличие плывунов, залегающих в непосредственной близости с ЗТН, а также наличие напорных вод.
     Как показано в работе [2], одним из свойств ЗТН является то, что при бурении в них можно получить глубинную, напорную (родниковую) воду. Это позволяет решать проблему водоснабжения. Вода, при вскрытии ЗТН скважиной или колодцем, поступает с напором, и водоприток остается постоянным независимо от времени года. Однако когда котлован при ведении строительства попадает в зону напорных вод, это становится очень серьезным осложнением. Откачать эту воду невозможно, и бывает, строительство прекращают, а на месте стройплощадки остается такое вот техногенное озеро. В Петербурге есть несколько таких озер. В частности, именно такая история произошла около дома Перцева, где находится известная яма с водой, а также, кирпичная коробка дома N10 на ул. Трефолева, внутри которой также находится вода.
     На рис.3 показан один из ССП-разрезов, полученных на территории стройплощадки в парке им. Сахарова, в СПб в 2002г, за 2 года до начала строительства дома, адрес которого - ул. Замшина, 31, кор. 4. Одна образующая V-образного объекта, подсеченная на участке 10-15м профиля, практически вертикальна (тангенс угла примерно равен 20), что является признаком зоны напорных вод. Строители на предупреждение не отреагировали. И действительно, при сооружении котлована стала поступать вода, которую откачать не удалось. Как-то в этих условиях строители умудрились создать плавающее основание, которое лопнуло, и возведенный на нем 17-этажный дом с самого начала, еще до начала заселения оказался в аварийном состоянии. В настоящее время, идут непрерывные работы, направленные на удержание дома. Он весь в стяжках и анкерах, а в стенах, внутри дома, развивается множество трещин. Проживание в этом доме стало небезопасным.

один из ССП-разрезов, полученных на территории стройплощадки в парке им. Сахарова, в СПб в 2002г, за 2 года до начала строительства дома, адрес которого - ул. Замшина, 31, кор. 4
Рис. 3

     Каждая очередная техногенная катастрофа должна тщательнейшим образом разбираться и изучаться, чтобы в дальнейшем не было повторения. Собственно, именно так поступают в медицине, и это весьма способствует росту умения медиков. В строительстве же все наоборот. Авариям зачастую придают политический смысл, события замалчивают и искажают, и в результате мы имеем повторы одинаковых по своему механизму событий.
     В настоящее время сложилась такая ситуация, что технически уже возможно существенно сократить техногенные катастрофы. Метод ССП - единственный из геофизических методов на сегодняшний день обладает достаточной прогностической ценностью, чтобы своевременно и эффективно оценивать и прогнозировать состояние инженерных сооружений, и его повсеместное и обязательное использование должно быть закреплено в строительном законодательстве.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гликман А.Г. Спектральная сейсморазведка - истоки и следствия (www.newgeophys.spb.ru/ru/book2/)
  2. Гликман А.Г. Свойства зон тектонических нарушений (www.newgeophys.spb.ru/ru/article/tectonic/)
  3. Sashourin A.D., Panzhin A.A., Kostrukova N.K., Kostrukov O.M. Field investigation of dynamic displacement in zone of tectonic breaking. /Rock mechanics - a challenge for society: Proceedings of the ISRM regional symposium EUROK 2001. Espoo, Finland 3-7 June 2001/ Balkema 2001. p. 157-162.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: