3. Особенности эксплуатации зданий и сооружений в усло­виях развития карстовых процессов

Практика проектирования базируется на многолетнем опыте эксплуатации зданий и сооружений в г.Уфе, выявлении причин пов­реждения их конструкций, анализе отказов оснований и фундаментов /2,3,4/.

Концепция строительного освоения городских закарстованных территорий, изложенная в региональных нормах /1/, базируется на местном опыте и результатах научно-исследовательских работ за последние 30 лет. Надежность строительства зданий и сооружений на закарстованных территориях обеспечивается тщательным и детальным изучением инженерно-геологических условий, использованием опти­мального комплекса противокарстовых мероприятий, карстомониторингом (при необходимости) в процессе строительства и эксплуатации, а также реализацией эффективных мер защиты и усилением конструк­ций при локальных карстопроявлениях.

За названный период нами было обследовано в Уфе более 80 де­формировавшихся зданий и сооружений, а также около 30 таких объ­ектов в разных городах Российской Федерации. Систематизация при­чин деформации этих объектов позволила разработать классификацию причин отказов оснований и фундаментов /3/. Статистическим анали­зом установлено, что в Уфе 15% причин отказов приходится на по­верхностные карстопроявления, которые произошли в среднем после 20. 7 лет эксплуатации объектов.

Вероятность повреждения здания, сооружения из-за отказа осно­вания и фундамента подчиняется закону Пуассона (закону редких событий):

р(х = k,1)=

где Р- вероятность события (повреждения здания);

λ- математическое ожидание X, λ >0; k = 1, 2, 3,...

При этом λ = n*р, где n- число зданий

- средняя вероятность отказа (параметр Пуассона);

p_i- вероятность отказа i-го объекта.

Для Уфы оказалось, что параметр Пуассона = 2,63*10^-4 , т. е. 2,63 отказа в год на 10 тыс. зданий. Доля отказов, происшедших из-за карстопроявлений, составляет, как выше было сказано, 15%, т.е. 0,40 отказа в год, что мы и наблюдаем фактически в Уфе, в которой 13 тыс. зданий, не считая деревянных жилых домов и всех промышленных зданий.

Параметр Пуассона позволяет выполнить прогноз отказов основа­ний и фундаментов с помощью математической модели, учитывающей непрерывность ввода новых объектов в эксплуатацию /4/. Прогнозные сведения необходимы для резервирования ресурсов на случай возмож­ного экономического ущерба от карстового повреждения зданий.

4. Oособенности проектирования зданий и сооружений на закарстованных территориях

Градостроительное проектирование осуществляется с учетом использования карстово-неопасных площадок, где плотность жилого

фонда повышается на 10-15%. Планировка застройки карстоопасных жилых районов выполняется в зависимости от категории карстовой устойчивости территорий. Плотность и этажность застройки зданий принимаются в зависимости от категорий карстовой устойчивости территории: на территории самой опасной, I категории, строить лю­бые здания и сооружения не рекомендуется, а на наименее опасной, Y категории, строительство не ограничивается; на территориях III и IY категорий строительство возможно, но с ограничениями.

Проекты бескаркасных жилых, общественных и промышленных зда­ний предусматривают использование жестких конструктивных схем, т. е. имеют продольные и поперечные несущие стены, поперечные ди­афрагмы жесткости (при необходимости) и сборные (либо монолитные) плиты перекрытий, опертые по периметру и жестко состыкованные и заанкеренные в стенах. Проекты любых каркасных зданий обладают пространственной неизменяемостью каркаса, что достигается введе­нием дополнительных связей и железобетонных поясов для получения плоских вертикальных и горизонтальных неизменяемых рам.

Проектирование оснований и фундаментов в условиях II... IY ка­тегории карстоопасности выполняется в следующей последователь­ности /1/:

- анализ геологической ситуации и выбор возможных типов фун­даментов как для обычных (некарстоопасных) условий;

- расчет оснований и фундаментов при разных вариантах возмож­ного расположения карстового провала;

- расчет фундамента с учетом жесткости наземных частей здания для наихудших вариантов возможного расположения карстового прова­ла;

- разработка наиболее оптимального типа фундамента.

Фактическая нагрузка на сваю N_p или среднее давление под фун­даментом Р принимается равным

Np = k*N; P_F= k*P,

где N и Р - нагрузки, передаваемые на свею или иной фундамент без учета карста;

к - коэффициент увеличения нагрузки на фундамент, учиты­вающий возможность возникновения под фундаментом карстового про­вала; k = 1,0... 1,5 в зависимости от конкретных условий и типа здания.

Противокарстовый фундамент зданий принимается, например, в виде монолитной железобетонной плиты, ленты либо в виде свайного фундамента с монолитным поясом и шарнирным стыком между сваей и поясом. Часто принимаются осадочные швы, разделяющие длинные в плане здания на отдельные секции.

Повышенные требования предъявляются при проектировании и строительстве коммуникаций.

Для ликвидации отказов оснований и фундаментов существующих зданий, получивших аварийные деформации карстового происхождения, используются тампонаж пустот и усиление фундаментов мнотосекционными сваями (сваями - мега) /5/.

На крупных промышленных комплексах, в пределах населенных пунктов, для особо ответственных объектов, построенных на терри­ториях с пониженными (II,III и IY) категориями закладывается карстомониторинг, который включает комплексную сеть слежения за геолого-гидрогеологической обстановкой фундаментов, конструкций зданий и сооружений и технологического оборудования.

5. Заключение.

Таким образом, 30-летний опыт застройки и эксплуатации закарстованных территорий Республики Башкортостан, а также результаты соответствующих научно-исследовательских работ позволяют решать следующие задачи:

а) осваивать закарстованные территории, ранее считавшиеся непригодными для застройки;

6) оценивать степень пригодности для строительства закарстованных территорий путем поэтапных изысканий;

в) определять при проектировании зданий и сооружений необхо­димый комплекс мер противокарстовой зашиты в соответствии с ре­зультатами инженерно-геологической оценки площадок;

г) прогнозировать вероятность повреждения зданий и сооружений в соответствии с математической моделью на основе закона редких событий Пуассона;

д) выбирать технические решения фундаментов различных типов зданий и профилактические мероприятия в условиях карста;

е)обеспечивать безаварийную эксплуатацию зданий и сооружений

на закарстованных территориях путем организации карстомониторинга;

ж) выполнять инженерную подготовку строительных площадок до строительства объектов, а если построенные здания и сооружения получили локальные повреждения карстового происхождения, то вы­полнять работы по усилению фундаментов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инструкция по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях: ТСН 302-50-95. РБ. // Госстрой Республики Башкортостан. - Уфа, 1996. - 44 с.

2. Мартин В.И., Травкин А.И., Рафикова 3.Е. Основные причины отказов оснований на территории уфимской городской агломерации // Сб. статей. Отказы в геотехнике. Уфа, 1995. - С. 17... 31.

3. Мулюков Э.И. Классификация причин отказов оснований и фун­даментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1992, -№ 3. - С. 28... 30.

4. Мулюков Э.И. Вероятностный анализ и прогноз отказов осно­ваний и фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1993. - № 4. - С. 29...31.

5. Инструкция по усилению фундаментов аварийных и реконструи­руемых зданий многосекционными сваями. ВСН 16-84. - Уфа, НИИпромстрой, 1984. - 48 с.

Инженерная геология

1992.-№2. – с.50-56

А.И.Смирнов

(Башкирская комплексная

гидрогеологическая и

инженерно-геологическая

партия ПГО «Башкиргеология»)