Трещины фундамента. Почему деформируются здания?

10-15 летний опыт массового строительства и эксплуатации зданий из монолитного бетона в нашей стране показывает, что данные конструкции, несмотря на их, казалось бы, высокую прочность ничуть не меньше подвержены деформациям и авариям, чем другие сооружения. Нередко в фундаментах и стенах зданий образуются трещины, в подвальных помещениях наблюдаются перекосы входных групп на въездах в подземные паркинги. Целый ряд специалистов сходится во мнении, что монолитные здания в ряде случаев могут быть даже более уязвимы, чем типовые панельные и кирпичные дома. Между тем, однозначный ответ о причинах подобных негативных явлений до сих пор не получен.

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.

Как правило, в случае возникновения аварийной ситуации с любым инженерным объектом, 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. Причины разрушения зданий остаются неизвестны.

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 проявления сейсмических явлений (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 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, и тектонические силы), вследствие чего геологическая среда всегда находится в напряженном состоянии. 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. Важной особенностью современных представлений является положение о том, что основные тектонические напряжения действуют в земной коре горизонтально и во много раз превосходят по силе напряжения от веса горных пород, что хорошо подтверждается данными натурных измерений на рудниках.

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 на любой территории и давно изучаются геологами.

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. зависит от направления действия сил.

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 ее подвижность. Именно поэтому при деформации очередного здания стандартные методы изучения причин этого процесса становятся бесполезными.

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 и, следовательно, 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.

Вероятно, это объясняется тем, что современные смещения по зонам активных тектонических разломов жестко передаются через скальный грунт на бетонные конструкции. Деформации 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.

Таким образом, совершенно ясно, что проблема выявления и изучения подвижных тектонических разломов требует особого внимания. Высокие темпы строительства, повсеместное возведение высотных объектов и активное освоение подземного пространства требует более тщательного анализа инженерно-геологических условий и геодинамической опасности 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 предотвращения данных негативных явлений. В будущем это потребует внесения существенных изменений в нормативную документацию на проведение инженерно-геологических изысканий.