ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Территория Читинской области, характеризуется весьма многообразными и сложными инженерно-геологическими и геокриологическими условиями, затрудняющими обеспечение устойчивости и эксплуатационной надежности возводимых зданий и сооружений.

Вобластном центре, например, довольно часто встречаются многолетнемерзлые грунты остров­ного распространения. Многолетнемерзлые грунты преобладают в Железнодорожном и Черновском районах, в меньшей степени они встречаются в Ингодинском районе. В Центральном районе многолетняя мерзлота распространена в пределах пойменной и первой надпойменной террас, а также в падях и долинах ручьев.

Мощность многолетнемерзлых грунтов изменяется от 0.5 до 60.0 м. Температура грунтов в зоне нулевых годовых амплитуд изменяется от 0 до 1 ^оС. Встречаются многолетнемерзлые грунты как сливающегося, так и несливающегося типов. Сливающийся тип встречается там, где в четвертичных отложениях имеются линзы суглинков и супесей и многолетнемерзлые грунты не отделяются водоносным слоем от грунтов деятельного слоя. Несливающийся тип встречается в тех случаях, когда многолетнемерзлые юрско-меловые суглинки и песчаники залегают ниже водоносного слоя четвертичных отложений.

Наиболее неблагоприятные в геокриологическом отношении площадки расположены:

Черновский р-н: пос. Восточный;

Железнодорожный р-н: пойменная и первая надпойменная террасы р. Читы, р-н шк. № 17, р-н «Зенитная горка»;

Ингодинский р-н: пойменная и первая надпойменная террасы р. Читы и Ингоды;

Центральный р-н: пойменная и первая надпойменная террасы р. Читы, р-н «Кузнечные ряды», мкр. «Северный».

Основной причиной деформаций зданий и сооружений, построенных как по принципуI, так и по принципуII, являются локальные утечки из водных санитарно-технических сетей и, как следствие локальное протаивание многолетнемерзлых грунтов, сопровождающееся просадкой грунтов оснований. Проведен анализ аварийных ситуаций, возникших в областном центре 90-е годы.

В 1991 году пришел в аварийное состояние 9-ти этажный 54-х квартирный крупнопанельный жилой дом № 38, расположенный в мкр. «Северный». Здание эксплуатировалось всего 2 года, после чего под угрозой обрушения конструкций оказался первый подъезд дома. Была осуществлена срочная эвакуация жильцов дома, проведены работы по усилению оснований, фундаментно-подвальной и надземной частей здания.

Выявлен ряд факторов, способствовавших большой неравномерной осадке свайных фундаментов.

В 1996 году пришел в аварийное состояние недавно построенный (в 1993 г.) 5-ти этажный кирпичный 128-квартирный жилой дом по ул. Трактовая, 5. Выселены жильцы из 15 квартир, ведутся работы по усилению здания.

Одно крыло здания было возведено на многолетнемерзлых грунтах. Так как длина свай была незначительной и составляла лишь 6.0 м, то прорезать льдонасыщенные слои многолетнемерзлого грунта не представилось возможным, в связи с чем, ниже острия свай залегало значительное количество ледяных включений.

За два - три года эксплуатации здания произошло быстрое неравномерное оттаивание многолетнемерзлых грунтов под острием свай. Наибольшее оттаивание было отмечено в районе угла здания в пересечении осей А-1. Здесь и произошла наибольшая просадка грунтов основания (до 15 - 20 см). В наружных стенах появились трещины шириной до 60 - 80 мм. Раскрылись швы между плитами перекрытия (до 50 мм), в некоторых местах плиты перекрытий были разорваны (на месте продольных трещин, проходящих над пустотами плит перекрытий). Появились многочисленные трещины в перемычках над оконными и дверными проемами, перегородках.

В 1996 году пришел в аварийное состояние 10-ти этажный 60- квартирный крупнопанельный жилой дом № 39, расположенный в мкр. «Северный». Здание эксплуатировалось 6 лет, после чего под угрозой обрушения оказалась первая секция дома. Выполнено расселение жильцов из 48 квартир дома, проведены работы по усилению фундаментно-подвальной части здания, повышению пространственной жесткости «коробки» жилого дома.

Одним из факторов, способствовавших большим неравномерным осадкам свайных фундаментов, является неоднократное воздейст­вие на здание сейсми­ческих колебаний (силой до 3.5 баллов по шкале Рихтера), отмеченное в 1994-1996 гг.

Наличие чаши оттаивания под сооружением создало бла­гоприятные условия для развития в центральных частях талых зон резонанс­ных явлений и кумуляции энергии сейсмических волн, отраженных от сфери­ческих стен талика. Резонансные явления вызвали в неконсолидированных зонах оттаивающего и оттаявшего грунта резкое возрастание амплитуд коле­баний поверхности, неравномерные уплотнения и разрыхления, которые даже при невысокой сейсмичности (3.5 - 4 балла) оказали разру­шительное действие на здание, расположенное в этой зоне.

Произошло разжижение водонасыщенных песчаных и супес­чаных грунтов под действием сейсмической вибрации и по­следующая потеря устойчивости грунтового массива. Наличие оттаивающих и оттаявших неконсолидиро­ванных грунтов способствовало резонансных явлениям и повышению сейсмической опасности на 2 - 3 балла.

Сейс­мические воздействия ускорили процессы неравномерной осадки и просадки грунта в пределах его оттаявшей некон­солидиро­ванной толщи. На боковой поверхности составных свай по­лучили максимальное развитие силы негативного трения, что привело к дополнительным повреждениям здания.

фактическая несущая способность оснований многих свай, запроектированных как «сваи-стойки», не соответствовала проектным значениям. Основной причиной этого явилось применение технологии погружения свай, не отвечающей грунтовым условиям площадки.

Подвержены деформациям аварийного характера 5-ти этажные 129-квартирные кирпичные жилые дома № 26, 27, 28 по ул. Ползунова (р-н Зенитной горки). В результате систематических аварийных сбросов воды в основание зданий и сооружений, оттаявшие и немерзлые грунты основа­ния вступают во взаимодействие с подземными водами вновь возник­шими, а также с изменившими свой уровень и химический состав существовавшими водоносными горизонтами.

При увлажнении оттаявших и немерзлых глинистых грунтов без внешней нагрузки их удельное сцепление падает в 13 - 25 раз, а угол внутреннего трения уменьшается до 5°, модуль об­щей деформации снижается в 15 раз до значения 3.4 МПа, т.е. грунты постепенно переходят в категорию слабых. При увлажнении под нагрузками, исключающими увеличение объема при набухании, сжи­маемость для некоторых разновидностей глинистых грунтов увеличивается в 1.2 - 1.5 ра­за, параметры сопротивления сдвигу падают в 1.5 - 2 раза.

В результате взаимодействия грунтов с водами техногенного водо­носного горизонта происходят изменения влажности, плотности, сопро­тивления сдвигу, сжимаемости глинистых грунтов. Консистенция грун­тов после взаимодействия с водами техногенного происхождения изменяется от твердой и полутвердой до мягко- и текучепластичной. Происходит снижение прочности грунтов.

В условиях техногенного подтопления грунтов основания зданий температура воды значительно выше по сравнению с естественным фоном из-за систематических уте­чек горячей воды из систем отопления и горячего водоснабжения, а также сточных вод из канализационных выпусков, колодцев и магистрали. Наиболее чувствительными к температуре при сжатии являются глинистые грунты с коагуляционным типом контакта, в которых взаимодействие частиц осущест­вляется через водные оболочки, обусловливающие расклинивающее давление. При повышении температуры величина расклинивающего давления, противодействующего внешней нагрузке, снижается, вызы­вая сближение частиц и объемную деформацию образца. Повышение температуры снижает структурную прочность глинистых грунтов, т. е. уменьшается величина характерного горизонтального участка на компрессионных кривых.

С повышением температуры процесс ползучести глинистых грунтов в основании зданий интенсифицируется. В условиях компрессионной ползучести увеличение температуры приводит к росту скорости фильтрационной консолидации и к сокращению периода фильтрационного уплот­нения глинистых грунтов. Это связано с увеличением коэффициента фильтрации и обусловлено снижением вязкости порового раствора. Рост температу­ры, изменяя вязкость связанной воды, существенно влияет на ско­рость ползучести скелета глинистого грунта. Деформация компрессион­ной ползучести нелинейно возрастает с температурой и обуславливается влажностью глинистого грунта, его минеральным составом и величиной действующей нагрузки.

Анализ некоторых аспектов проблемы устойчивости зданий и сооружений в условиях деградации (с техногенным подтоплением) толщи многолетнемерзлых грунтов и сейсмических воздействий позволяет сделать следующие выводы:

1) необходимо, в первоочередном порядке, провести обследование технического состояния зданий и сооружений, подверженных деформациям, ветхого жилья, жилых крупнопанельных зданий (особенно се­рии 1-335) (с исследованием состояния стальных закладных деталей и связей) на предмет оценки безопасности их эксплуатации с учетом вероятных сейсмических воздействий;

2) весьма актуальным является проведение сейсмического микрорайонирования застраиваемых территорий, а также на территорий планируемой к застройке в ближайшую перспективу;

3) очень важно проведение комплексных исследований устойчивости и долговечности эксплуатирующихся зданий и сооружений с использованием метода наложения ряда сейсмических колебаний интенсивностью от 3.0 - 3.5 баллов и выше, зафиксированных на застроенных территориях за последние 30 - 50 лет, на материалы наблюдений за перемещениями оснований и фундаментов, техническим состоянием зданий и сооружений;

по результатам указанных исследований будут получены материалы, без которых невозможно обоснованное сейсмическое микрорайонирование территории, кроме того, откроется более или менее ясная картина сочетаний факторов, вызывающих деформации зданий и сооружений, снижающих их устойчивость и долговечность;

4) для обеспечения рационального сейсмостой­кого проектирования зданий и сооружений необходимо взаимодействие специалистов-сейсмологов с проектировщиками в области сейсмостойкого строительства; от сейсмологов требуется паспортная сейсмо­грамма на свободной поверхности грунта застраиваемой площадки от ожидае­мых источников землетрясений; проектировщики, используя указанную паспортную сейсмо­грамму, рассчитывают современными методами и средствами конструкции сейсмостойкого здания или сооружения.