Часть II. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
Инженерно-геологическими процессами (ИГП) называют некоторую часть геологических процессов, протекающих быстро, и способных оказывать существенное воздействие на инженерные сооружения и инженерную деятельность людей, а также на состояние геологической среды. Различные авторы называют этот раздел геологии либо учением об ИГП, либо инженерной геодинамикой. Данный раздел продолжает рассмотрение геологических процессов, начатое в темах общей геологии – тектоники, магматизма, геологической деятельности морей, живых организмов, ледников и т.п. и посвящается в основном проблемам взаимодействия геологической среды и человека. Взаимодействие геологической среды и человека может быть положительным, нейтральным или отрицательным с точки зрения влияния и на сооружения, и на геологическую среду.
В связи с большим количеством разнообразных случаев отрицательного воздействия геологических процессов на сооружения и геологическую среду в последнее время среди геологов появилось и стало широко употребляться понятие «Охрана геологической среды» как комплекс мероприятий, направленных на изучение и предотвращение развития неблагоприятных ИГП. Дело в том, что сооружения проектируются и строятся в расчете на некоторое начальное, естественное состояние геологической среды и природы в целом.
Сооружение строится и вписывается в первоначальные геологические условия, и любое дальнейшее изменение этих условий в большинстве случаев отрицательно отражается на нем. В этой связи, желательным является сохранение изначального состояния геологической среды как на застроенных, так и на ожидающих своего освоения территориях. По этой причине нежелательными признаются все ИГП, даже если они пока еще не оказывают никакого отрицательного воздействия, а принцип охраны геологической среды подсказывает, что необходимым является тщательное изучение инженерно-геологических условий осваиваемого участка и неукоснительное соблюдение геологических рекомендаций при строительстве и эксплуатации сооружений.
При изучении ИГП следует иметь в виду следующие обстоятельства:
· вся геологическая среда находится в постоянной динамике и на одной и той же территории могут одновременно протекать многие геологические процессы;
· скорость протекания ИГП все-таки не настолько быстра, чтобы бросаться в глаза с первого взгляда. На развитие ИГП требуются годы, десятилетия, столетия и даже тысячи лет, что с точки зрения геологии является небольшими промежутками времени, вполне соизмеримыми с периодом эксплуатации отдельных сооружений и историей существования населенных пунктов;
· некоторые ИГП протекают медленно в течение тысяч и миллионов лет. В итоге создаются неблагоприятные геологические условия, проявляющиеся только при инженерном освоении территории.
· там, где начинается новое строительство, и нарушаются естественные природно-геологические условия, обычно тут же активизируются и ускоряются уже имеющиеся ИГП, а так же возникают новые, которые здесь ранее не наблюдались.
· любой процесс включает закономерную, случайную, а иногда и периодическую составляющую.
В связи с изложенным, следует отметить, что охрана геологической среды является таким же необходимым делом, как и охрана прочих компонентов природы - воды, атмосферы, животного и растительного мира - просто ущерб, проистекающий от развития неблагоприятных инженерно-геологических процессов стал массово отмечаться позднее, чем прочие отрицательные события в окружающей среде.
Инженерно-геологические процессы и
Сооружения
Известным и очевидным фактом является то, что инженерные сооружения возводятся на грунтах, которые служат им основанием. Под весом сооружения грунты слегка сжимаются и уплотняются – это называется осадкой. Помимо веса сооружения на осадку могут влиять и усиливать ее многие инженерно-геологические процессы, такие как суффозия, карст, просадочность, плывуны, провалы поверхности над подземными пустотами и многие другие. Кроме того, в природе развиты инженерно-геологические процессы, приводящие к небольшому вертикальному подъему поверхности (пучение и набухание) или горизонтальному смещению грунтов (оползни, осыпи и др.).
Дело в том, что большинство сооружений, выстроенных из кирпича, бетона и подобных материалов весьма чувствительны к неравномерным вертикальным или горизонтальным смещениям основания, когда одна часть сооружения опускается чуть ниже другой или перемещается чуть в сторону от нее. В этом случае в стенах и прочих конструкциях здания появляются трещины, и возникает необходимость ремонта, который, возможно, придется повторять каждые несколько лет, так как неравномерные перемещения, вызванные ИГП, могут продолжаться долгие годы (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Развитие трещин в стене здания за счет неравномерной осадки
Большинство сооружений массовой застройки могут безболезненно переносить неравномерные осадки основания, не превышающие нескольких сантиметров, а горизонтальные перемещения должны быть полностью исключены.
Требования к основаниям крупных ответственных сооружений и технологического оборудования на порядок более жесткие – неравномерные осадки должны быть не более нескольких миллиметров. К таким сооружениям относятся атомные реакторы, телескопы, пусковые конструкции космодромов, разгонные блоки ускорителей и т.п. Нечувствительны к неравномерной осадке только земляные насыпи и дамбы, а также небольшие цельнометаллические или бревенчатые сооружения, смещенную часть которых можно выровнять, приложив необходимое усилие.
Из сказанного следует, что идеальным основанием для сооружений могла бы стать однородная толща пород, одинаковая во всех точках по своим физико-механическим свойствам при полном отсутствии каких-либо инженерно-геологических процессов. Как показывает практика, строительных площадок, отвечающих данным требованиям в природе практически нет. Чаще всего грунты в пределах контура возводимого сооружения обладают некоторой неоднородностью и образуют в плане и по разрезу несколько самостоятельных геологических тел иногда похожих, иногда различных по своим свойствам.
Неоднородность воздействия на основание может быть усилена развитием различных ИГП, особенностями конструкции сооружения, а также нарушением правил эксплуатации - утечками из инженерных сетей, сотрясениями от работы оборудования, прокладкой дополнительных коммуникаций, надстройкой здания и т.п.
Задачей изыскателей является выявить и изучить геологические тела и определить имеющиеся и возможные инженерно-геологические процессы, а задачей строителей – спроектировать и построить сооружение, избежав отрицательного воздействия на него инженерно-геологических процессов в ходе строительства и эксплуатации.