Разрушение плотины Сан-Френсис (Калифорния, США).

Плотина бетонная, гравитационная, строилась с 1924 г. по 1926 год. Длина плотины по гребню составляет - 186 м. Высота - 62 м. 0 чертание - криволинейное, средняя часть очерчена радиусом - 130 м. Ширина основания - 51 м. Емкость водохранилища - 46 млн. м3. В ночь на 13 марта 1928 года плотина рухнула /разломалась/ и вода потоком высотой 30 метров, хлынула вниз по долине, сметая все на своем пути, причиняя огромный ущерб и унося много жертв. Бетонные блоки объемом до 2500 м3 были отнесены в низ по течению на 800 м.

Основание плотины было сложено неоднородными грунтами: на левом берегу и в центре - сланцы, на правом берегу - красный конгломерат. Перед постройкой плотины инженерно-геологические изыскания в требуемом объеме не были выполнены. Так, не были изучены прочностные свойства грунтов основания, возможное изменение этих свойств при увлажнении.

В чем причина катастрофы? По единодушному мнению ряда комиссий катастрофа произошла в результате изменения физико-механических свойств грунтов под влиянием воды. Эти свойства, как уже отмечалось, предварительно не были изучены.

Составными частями конгломерата являются глина и гипс. Гипс растворился, глина размягчилась, в результате прочность грунта, как показали опыты, упала в 2-3 раза.

Прочность сланцев колебалась от 250 до 770 кг/см2 и не уменьшилась под воздействием воды. Но слоистая структура способствовала скольжению верхних слоев основания вниз по течения под влиянием давления воды.

Таким образом, в результате выщелачивания гипса увеличилась фильтрация под плотиной, что привело к образованию крупной промоины. Нижняя часть плотины обрушилась в промоину и увлекла, за собой верхнюю часть.

В образовавшийся обрыв хлынула, вода, вслед за чем была смыта та часть плотины, которая стояла на сланцах.

По аналогичным причинам произошла катастрофа плотины Аустин (Техас США) в 1900 г., плотины Селла Зереино /Италия/ в 1955 г. и ряд других плотин, когда прочность и водопроницаемость оснований не были достаточно изучены при проведении изысканий.

Авария шестисекционного 96-квартирного кирпичного жилого дома (г. Тула, Россия).

Типовой пятиэтажный дом с продольными несущими стенами, подвалом и магазином в первом этаже, возведенный на 90% до плит совмещенной кровли, обрушился в одной из секций на высоту всех пяти этажей (рис. 2, а). Обследование аварийного здания и изучение проектной документации показало следующее.

Сборные железобетонные прерывистые фундаменты, заложенные относительно пола подвала на 20 см, просели в середине здания по наружной оси В до 54 см и сместились внутрь подвала до 70 см. Бетонная подготовка пола подвала отсутствовала. По длине здания смещения и осадки фундаментов были неравными. Указанные деформации привели к образованию в подвале валов выпирания грунта шириной 1,2…1,5 м и высотой 0,6…1,0 м. По средней оси Б максимальные осадки фундаментов составили 54 см со смещением в сторону оси А до 20 см (рис. 2, б, в, г). Валы выпирания располагались здесь по обе стороны стены подвала. По оси А осадок и смещений фундаментов отмечено не было.

Все размеры приведены в метрах

Рис. 1.1. Аварийные деформации жилого дома в г. Туле

а - развитие деформаций в фасадной стене; б - смещение несущих стен в плане; в-поперечный разрез здания; г - смещение фундаментов. 1 - обрушившаяся часть; 2 - отклонение стены;

3 - выпор грунта; 4 - деформация пола подвала.

Вследствие неравномерной деформации фундаментов под продольными стенами жесткая коробка здания повернулась в поперечном направлении вокруг линии, проходящей по оси фундаментов В. При этом отклонение верхней части стены здания от линии цоколя составило 55…60 см. В наружных стенах здания отмечались большие трещины. Основной причиной аварийных деформаций дома явилась неправильная оценка изыскателями свойств грунтов основания. Воспользовавшись значениями прочностных характеристик грунта, приведенными в СНиПе на проектирование оснований, изыскатели не учли, что эти таблицы распространяются только на четвертичные отложения. В основании же аварийного дома находились глинистые грунты нижнекаменноугольных отложений, обладающие резко выраженной способностью к снижению прочностных и увеличению деформационных свойств при обнажении и увлажнении.

К ошибкам изыскателей и проектировщиков добавились ошибки во время строительства. Плохая планировка грунта вокруг здания и наличие уклона поверхности к нему привели к прониканию в подвал дождевой воды через недостаточно уплотненную обратную засыпку и к переувлажнению основания. Стена подвала при отсутствии бетонной подготовки пола стала работать по схеме подпорной стенки с небольшим заглублением передней грани и повышенным горизонтальным давлением увлажненного грунта обратной засыпки на ее заднюю грань. Проектировщики не учли возможности изменения расчетной схемы работы подвала во время строительства, как этого требуют нормы. В связи со значительными повреждениями конструкций здание пришлось разобрать.

Наряду с неправильной оценкой свойств грунтов при изысканиях нередки случаи, когда оказываются невыявленными сильносжимаемые слои глинистых грунтов и особенно погребенных торфов или заторфованных грунтов. Оказавшись в основании зданий и сооружений, даже за пределами границы сжимаемой толщи, они могут вызвать длительные по времени и значительные по величине неравномерные осадки.

В практике изыскательских работ для жилых зданий малой и средней этажности глубина разведочных скважин обычно не превышает 8…10 м. Это считается достаточным для того, чтобы охарактеризовать свойства грунтов и провести необходимые расчеты основания и фундаментов. Однако такой подход не оправдал себя при привязке зданий и сооружений на так называемых заторфованных территориях, которые имеют в составе грунтовых слоев растительные остатки в том числе слои, прослойки или линзы погребенного торфа.

Через год после сдачи в эксплуатацию трехэтажное кирпичное здание стало претерпевать возрастающие во времени неравномерные осадки. Изучение технической документации показало, что в основании здания залегает мощная толща моренных тугопластичных слабосжимаемых суглинков с расчетным сопротивлением R=0,2 МПа. Давление по подошве его фундаментов не превышало p=0,18 МПа. Качество выполнения надфундаментных конструкций не вызвало замечаний. Вместе с тем рост осадок здания продолжался, поэтому было решено провести дополнительные инженерно-геологические исследования. Пробурив скважину глубиной 15 м (ранее глубина скважин не превышала 8 м), обнаружили линзу погребенного неразложившегося торфа толщиной от 6 м и более, широко развитую в плане. Не выявленное на стадии изысканий наличие сильносжимаемого грунта и было причиной деформаций здания (рис. 3).

Рис. 1.2. Линза сжимаемого торфа в основании здания.

1 - моренные тугопластичные суглинки; 2 - торф.

Инженерные изыскания. Недооценка и последствия

В последнее время благодаря возрастающему научно-техническому прогрессу происходит преобразование природы под воздействием деятельности человека. Усложняются и условия строительства, появляются новые технологии и материалы. Совершенствуются методы и способы проведения инженерных работ. Развитие инженерных изысканий позволяет проектировать и строить современные здания большой этажности со значительным заглублением подземной части, строить подземные туннели, приводить проекты, воплощение которых раньше было лишь мечтой. Инженерные изыскания проводятся для комплексного изучения площадки строительства. Их проведение обусловлено необходимостью учесть все обстоятельства, условия и специфику данного объекта. Существует большой риск недооценки каких-либо процессов и условий. Важным этапом в строительстве является проектирование. Именно в процессе проектирования учитываются все факторы воздействия окружающей среды на объект строительства, а также учитывается и обратная связь. Для правильного проектирования объекта необходимо учесть все факторы, поскольку в процессе строительства или эксплуатации добавить что-то в проект иногда просто невозможно, и обычно неоправданно дорого. Именно инженерные изыскания дают полную оценку всех процессов и явлений, происходящих на участке строительства, позволяют правильно спроектировать и построить объект любой геотехнической категории в сложных геологических условиях. В связи с проведением строительства на сложных, опасных участках, там, где объект строительства будет оказывать влияние на соседние объекты, в связи с тем, что многие возводимые объекты уникальны и имеют глубокую подземную и высокую наземную часть, возрастает роль инженерных изысканий, выполняемых для строительства. К известным факторам риска для строительства относятся карстово-суффозионные процессы, склоновые процессы, подтопление территорий и изменение вследствие этого физико-механических свойств грунтов, присутствие специфических грунтов, загрязнение и повышение агрессивности геологической среды, возникновение физических (электромагнитных) полей. Опасные геологические процессы могут не только повлиять на здание, но и повредить его фундамент, сделать невозможным его эксплуатацию, привести к признанию здания аварийным, а ещё хуже – привести к его разрушению. Из-за ошибки, допущенной на стадии инженерных изысканий, могут погибнуть люди, не говоря о значительных материальных потерях. В настоящее время возрастает роль инженерных изысканий, повышаются требования к их составу и методике проведения. Однако несмотря на большое количество аварий, произошедших из-за недооценки инженерно-геологических условий, многие заказчики и инвесторы для уменьшения стоимости строительства занижают роль инженерных изысканий, а иногда и пренебрегают ими. Такой подход приводит к возникновению нештатных ситуаций и приводит в дальнейшем к удорожанию проекта. Особую роль играет выбор изыскательской организации. Необходимо пользоваться услугами профессиональной изыскательской компании, опыт работы и квалификация сотрудников которой соответствуют всем необходимым требованиям.Так как полноценное обследование зданий и сооружений можно доверять только таким сотрудникам. Важно также использование современных приборов и методов, буровой техники, компьютерных программ обработки материалов изысканий. Всё это позволяет качественно выполнять инженерные изыскания в полном объёме. Достоверные материалы изысканий, точный прогноз развития геологических явлений и процессов – вот результат инженерных изысканий. Напоследок хочется сказать и о частном строительстве. Строительство дачного дома, бассейна, бани также требует проведения инженерных изысканий. Геологические и техногенные процессы влияют и на эти постройки. Экономия на инженерных изысканиях недопустима в любом случае.   В частности, речь идет о разрушении плотины в Сан-Френсис (США). Причиной катастрофы стало недостаточное изучение прочностных свойств грунтов основания (сланцы наряду с красным конгломератом). По истечении времени свойства грунтов претерпели изменения ввиду воздействия воды. Гипс (в составе конгломерата) растворился, а глина (в составе конгломерата) стала мягкой, таким образом, грунт стал менее прочным. За счет слоистой структуры основания верхние слои под воздействием воды стали «скользить». Выщелачивание гипса привело к увеличению фильтрации под плотиной, что, в свою очередь, явилось причиной появления большой промоины. Впоследствии нижняя часть плотины упала в промоину и «потащила» верхнюю часть. Не меньшего внимания заслуживает инцидент, который произошел в Туле (Россия). Дом, состоящий из 6 секций (5 эт.), рассчитанный почти на 100 квартир, обрушился в одной из секций. Оказалось, что изыскатели воспользовались показателями, приведенными в СНиПе, однако не учли, что данные верны лишь в отношении четвертичных отложений. А, например, глинистые грунты нижнекаменноугольных отложений деформируются при увлажнении (их прочность при этом уменьшается в разы). В процессе строительства также были допущены многочисленные ошибки. В дальнейшем в подвал здания проникла дождевая вода, поскольку обратная засыпка была недостаточно уплотнена – основание переувлажнилось. В заключение добавим, что ошибки, допущенные в ходе проведения инженерных изысканий, накладывают свой отпечаток на дальнейшее проектирование и строительство, вот почему так важно со всей ответственностью подходить к данной работе. В противном же случае, невнимательность может привести не только к материальному ущербу, но и к людским потерям.