книги / Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

ограничений во времени на рудных месторождениях жильного типа при глу­ бинах разработки до 15 м, на месторождениях каменного угля при глубинах разработки до 60 м и на месторождениях калийных солей при глубинах разра­ ботки до 400 м [72, 143, 161, 420].

12.8.

Повреждения, вызываемые причинами, не связанными с горными разработками

Наблюдения, проводимые в районах, не подверженных воздействию подземных горных разработок, показывают, что многие виды повреждений зданий и соору­ жений, а также сельскохозяйственных земельных участков, наблюдавшиеся на подрабатываемых территориях, вовсе не связаны с горными разработками, а вызываются совершенно другими причинами.

Однако часто бывает очень трудно различить повреждения, вызванные другими причинами, от повреждений, вызванных подземными горными рабо­ тами, и доказать суду, что ущерб вызван не влиянием горных работ, если в дан­ ном районе велись или ведутся горные разработки. Так, например, за счет воздействия подработки, как правило, относят такие сдвижения земной по­ верхности, которые вызваны не проведением горных выработок, а движением грунтовых вод, тектоническими движениями земной коры (природные факторы) или сотрясениями от движения транспорта. Кроме того, повреждения могут быть вызваны недостатками конструкции здания или дефектами, возникшими в процессе его строительства, прежде всего дефектами фундирования или при­

природных факторов или деятельностью человека

К п р и р о д н ы м ф а к т о р а м , не связанным с ведением горных разрабо­ ток и являющимся причиной повреждений зданий и сооружений, относятся прежде всего изменения физического состояния грунта основания, зависящие от содержания в нем влаги. Если в связных грунтах (например, глинах, суглин­ ках и мергелях) или органических веществах (торфе или иле) уменьшается естественное содержание влаги в результате испарения, процессов гниения или поглощения влаги растениями, то уменьшается объем связного грунта. Этот процесс, при котором пористость грунта уменьшается под действием собствен­ ного веса или внешней нагрузки, называется усадкой или консолидацией грунта. При этом объем грунта уменьшается на 15—30%. Если такой осушенный грунт снова увлажнить, его объем опять возрастет — этот процесс называется раз­ буханием или пучением грунта. Сланцеватая глина может разбухать на 5%. Несвявные грунты (песок, гравий, галька) не испытывают усадки, но при их высыхании, вследствие исчезновения выталкивающей силы, возрастает давление от веса грунта и, следовательно, происходит сжатие нижележащего слоя

связной породы. Однако возникающая при этом пологая мульда оседания не пред­ ставляет опасности для сооружения. В отличие от этого, усадка связных грун­ тов происходит неравномерно, поскольку степень высыхания грунта не Раз~ личных участках неодинакова, так что у здания может произойти откалЫЬание одного из его углов или повреждение конструкции вследствие прогиба фунда­ мента. С южной стороны зданий, вблизи рядов деревьев или дренажных тРУбт у кромки фундамента, а также со стороны зданий, обращенной к склонУ или откосу, грунт основания высыхает быстрее и на большую глубину, чем на за­ строенной, теневой стороне или в середине фундамента. В результате такого неравномерного высыхания грунта происходит его выпучивание в виде свода [241]. Появление таких повреждений, которые можно ошибочно отнести за

счет подработки, возможно прежде всего в сооружениях, имеющих небольшие размеры в плане.

В долинах рек и в зоне водосбора, где уклон потока грунтовых вод и атмос­ ферных осадков определяется меняющимся уровнем воды в реке, поток воды может уносить с собой частицы рыхлых песчаных грунтов, если грунтовые воды, поднявшиеся в период паводка и затопившие прибрежную полосу шириной в несколько километров, под большим давлением устремляются обратно к реке. При этом в связи с неравномерным смывом грунта может возникать наклон строительных сооружений. Достигающие в среднем 1 м/мес колебания уровня грунтовых вод, на которые оказывает влияние количество осадков (в среднем около 60 мм/мес) и испарение (в среднем около 20 мм/мес), если они происходят в период роста растений, могут вызвать снижение урожая, независимо от того, было ли здесь оседание земной поверхности, обусловленное подработкой. Строительные сооружения, расположенные вблизи склонов и откосов, могут получить повреждения в результате смещения грунта или оползня, вызван­ ного сдвигом по водонасыщенному слою глины. От поднятия грунта, вызван­ ного его промерзанием (при понижении температуры до —20° С деформация линейного расширения льда составляет около 1 мм/м), прежде всего страдают дорожные покрытия улиц с недостаточно сдренированной щебеночной постелью. Исли грунт содержит компоненты, прочность которых снижается при увлаж­ нении, то при повышении нагрузок этот грунт проявляет податливость. На осно­ ваниях, сложенных подверженными выщелачиванию соляными или содержа­ щими гипс породами, а также размываемыми известняками и на насыпных грунтах могут возникать воронки и резкие неравномерные осадки, приводящие к образованию в здании или сооружении осадочных трещин.

аконец, в нарушенном складчатостью массиве горных пород в процессе равнивания напряжений под действием тектонических сил могут возникнуть

чр^нн^ тп^116 явления’ проявляющиеся на земной поверхности в виде сейсми-

При воздействии дымовых газов на их ассимилирующие и проводящие органы— Последствия этого ущерба не следует смешивать со снижением урожайности, Вызываемым изменениями уровня грунтовых вод при подработке. Для зерновых Культур, луговых трав и корнеплодов типа картофеля особенно опасны в этом отношении дымовые газы, содержащие смолистые вещества и сернистые соеди­ нения,— их вредное влияние сказывается на расстоянии до 600 м от источника Дыма [8, 19].

К повреждениям зданий и сооружений, связанным с деятельностью чело­ века, но не зависящим от влияния горных разработок, следует отнести прежде всего повреждения, обусловленные недоброкачественно выполненными основа­ ниями и фундаментами сооружений, конструктивными недостатками строи­ тельных конструкций и дефектами материалов, примененных при строитель­ стве. Так, например, фундаменты сооружений могут быть заложены на недо­ статочную глубину в грунтах, не имеющих достаточной несущей способности, или на неуплотненном насыпном грунте, в результате чего в сооружении могут образовываться осадочные и сдвиговые трещины. Части здания, фунда­ менты которых заложены на малую глубину, получают большую осадку, чем части с фундаментами глубокого заложения, что приводит к вертикальным сдвиговым трещинам в здании. Конструктивные дефекты здания, впоследствии выявляющиеся в виде образования трещин, часто бывают допущены в процессе строительства при соединении несущих элементов, соединении стальных кар­ касных конструкций с кирпичными или бетонными стенами, а также при рас­ пределении нагрузок на фундамент. Дефекты строительных материалов или низкое качество строительных работ часто выражаются в отслаивании штука­ турки, а также в перекосе арочных, оконных и дверных перемычек и неравно­ мерных осадках опор. Деревянные детали зданий при изменении содержания влаги удлиняются или укорачиваются, а в защемленных металлических или бетонных конструктивных элементах возникают температурные напряжения и деформации. Если капитальные несущие стены здания выполнены из кир­ пича, а перегородки из силикатного кирпича, имеющего значительную усадку, то при высыхании эти стены укорачиваются неодинаково, что приводит к воз­ никновению напряжений, образованию трещин и короблению перекрытий, особенно в верхних этажах здания.

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся дефекты строительства или причины повреждений, которые необходимо отличать от повреждений зданий, вызываемых подработкой:

отсутствие деформационных швов в зданиях, в особенности в местах изме­ нения несущих конструкций и материалов;

впитывание воды конструктивными элементами, выполненными из природ­

риалов; образование трещин при смешанной кладке стен из разносортного кирпича

и отслаивание нанесенной на них штукатурки; разрушение известковой штукатурки над гигроскопичными швами кладки;

возникновение напряжения в несущих конструкциях вследствие односторон­ него нагревания здания солнцем;

нарушение герметичности швов из-за усадки и разрушения заполняющего их материала;

протечки и увлажнения кирпичных стен, вызванные их водопроницае­ мостью;

раствор для кладки получается пористым и плохо схватывается, если он при изготовлении был слишком сухим;

отсутствие температурных швов в стенах кирпичной кладки (неучет тепло­ вого расширения);

недоброкачественная гидроизоляция пола в подвальных помещениях; разрушающее действие водяных паров и охлаждающейся конденсацион­

ной воды на стены и перекрытия; отслаивание верхнего слоя штукатурки, содержащего гипс, от нижнего

разрушение кромок готовых бетонных элементов, связанное с отсутствием необходимых деформационных зазоров между ними;

появление осадочных трещин в простенках и в оконных и дверных прое­ мах [330].

При прокладке чугунных трубопроводов на меньшей глубине, чем глубина промерзания грунта (1,6 м), в зимний период возникает опасность их разрыва. В котельных установках и печах промышленного типа температура внутрен­ ней поверхности стенок топочных каналов бывает на 1000° С выше температуры их внешней поверхности. При температуре +1200° С деформация шамотного кирпича достигает почти 1%, а при недостаточной ширине деформационных швов могут происходить повреждения, вызванные сжимающими усилиями. Для кирпичных стен не представляют опасности сезонные климатические колебания температуры воздуха, достигающие 50° С и вызывающяе продоль­ ные деформации до 0,25 мм/м. Однако многие сорта кирпича содерЖат примеси растворимых сернокислых солей, оказывающие вредное действие Яа открытые поверхности кирпичных стен, сложенных с применением раствора из портланд­ цемента. Раствор при этом разбухает, и возникают повреждения, аналогичные тем, которые происходят под влиянием деформаций сжатия земН°й поверх­ ности, обусловленных подработкой. Если такие повреждения происходят в кир­ пичной кладке заводских дымовых труб, то они могут получить наКЛ0И с 11аветрепной стороны. В стенах с заложенными в них арматурными сетками обра­ зуются трещины. Перекрытия с несущими элементами, выполненными из рельсов, могут в результате коррозии прогнуться до 2 см на 6 м ширины пере­ крытия [242]. При подземном строительстве (например, при сооружении тун­ нелей метрополитена) могут иметь место прорывы песчаного грунтД (плывуна) в подземные выработки и, как следствие этого, может происходить неравномер­ ное оседание грунта в основаниях, расположенных поблизости зд^яий.

связанные с дефектами материалов и соединений, наблюдаются в основном в верхних этажах зданий. Таким образом, по характеру расположения трещин во многих простейших случаях можно судить о причине, вызвавшей повре­ ждения. Другим признаком является направление трещин.

ни я .

1.Трещины сдвига в конструкциях несущих перекрытий и покрытий, идущие в горизонтальном направлении в ближайшем шве кирпичной кладки при жестком соединении бетонного перекрытия с кирпичной стеной или диа­ гонально пересекающие кирпичную кладку по ее вертикальным и горизонталь­ ным швам, если перекрытие отделено от стены деформационным швом. При­ чина: деформация бетонной плиты под действием нагревания, усадки и пол­ зучести (рис. 223).

2.Горизонтальные трещины расслоения в стенах над перекрытием в бли­ жайшем горизонтальном шве кладки. Причина: изгиб перекрытия, вызванный

действием полезной нагрузки, усадки и деформаций ползучести (рис. 224).

3.Горизонтальные окаймляющие трещины в наружных стенах на уровне низа или верха пояса, идущие по кромке прогибающегося перекрытия (рис. 225). Причина та же, что в п. 2.

4.Трещины скручивания в углах перекрытий с перекрестной арматурой

вслучае, если углы плиты перекрытия выгибаются и при малых нагрузках отрываются от несущих стен (рис. 226). Причина та же, что и в п. 2.

5.Трещины при искривлении стен, направленные по траекториям сжима­ ющих напряжений или через ослабленные участки. Причина та же, что в п. 2.

6.Трещины при боковом выпучивании стен, идущие диагонально в наруж­ ных стенах. Причина: перепад температур по толщине стены, вызванный на­ греванием солнечными лучами или внешним охлаждением, и обусловленное этим различие в величинах относительных деформаций на наружной и внутрен­ ней поверхностях стены (рис. 227).

7.Вертикальные трещины в стенах зданий. Причина: изменение прочно­ стных показателей, расслоение в местах соединения отдельных блоков (отсе­ ков) зданий.

8.Гнездовое растрескивание штукатурки. Причина: неодинаковые вели­ чины температурных деформаций по толщине стены.

Прогиб междуэтажных перекрытий вызывается несколькими причинами — упругим прогибом под действием полезной нагрузки, деформациями ползу­

чести под действием длительной нагрузки и деформациями усадки вследствие высыхания бетона. Образование трещины способствует установлению равно­ весия в конструктивных элементах; в месте возникновения трещины замы­ кается многоугольник сил, образованный внутренними силами и действу­ ющими на сооружение нагрузками. Направление замыкающей многоугольника сил и направление развития трещин изменяются под влиянием имеющихся в стенах оконнных проемов и неравномерного распределения прочностных показателей материала (например, при использовании для кладки стен раз­ личных сортов кирпича). Силы, способствующие возникновению повреждений

ности

и возникающие в результате температурных деформаций, а также под дей­ ствием деформаций усадки и ползучести, возрастают по направлению к кар­ низу здания и к его углам.

Наибольшие нагрузки испытывают прежде всего многослойные Конструк­ тивные элементы под действием нагревания солнечными лучами. Разность температур внешней и внутренней поверхностей стены может достигать 10° С. Так как, кроме того, максимальный нагрев внутренней поверхности стен до­ стигает только через 6 ч после максимального нагрева наружной поверхности, т. е. вечером, то в течение дня на внешней поверхности стен происходит расшире­ ние, а на внутренней — сжатие (см. рис. 227). Эти деформации для степ из газо­

напряжения суммируются по направлению к фронту здания, так ж0 Пак и ли­ нейные деформации.

Большинство строительных материалов испытывают усадку, обусловлен­ ную снижением содержания влаги (высыханием), на протяжении п0Р&ых двух лет после окончания строительства, а позднее могут разбухать в результате впитывания влаги. В бетоне, кроме того, в течение первых четыре^ Пет могут происходить деформации ползучести, если он находится под постоянной растя­ гивающей или сжимающей нагрузкой. Прогиб, обусловленный ползучестью, может в 4 раза превышать начальный упругий прогиб. Однако, в отличие

389

от тепловых деформаций, эта деформация является однократной, т. е. не по­ вторяется. В кирпичной кладке деформации сжатия цементного раствора в швах приблизительно соответствуют деформациям разбухания кирпича, обусловленным впитыванием влаги, и, следовательно, взаимно компенсируются. Эти деформации усадки и разбухания для сплошного кирпича невелики. Де­ формации ползучести для кирпичной кладки можно принимать равными 0,03 мм/м. Необходимо также учитывать время года, когда строилось здание: в бетонных монолитных плитах, изготовленных на месте работ осенью, про­ исходит суммирование растягивающих сил, вызванных усадкой и понижением температуры окружающего воздуха (тепловыми деформациями). В верхней части здания влияние усадки сказывается сильнее, чем в его нижних этажах, так как при уменьшении пригрузки от собственного веса главные растягива­ ющие напряжения уже не компенсируются нормальными сжимающими напря­ жениями.

Сравнение картин повреждений, обусловленных строительно-техниче­ скими причинами и вызванных воздействием подработки, дает возможность установить следующее (рис. 228): искривление здания под действием под­ работки начинается с фундамента, а прогиб междуэтажных перекрытий вслед­ ствие усадки и деформаций ползучести, наоборот, заканчивается в перекры­ тии над подвальным помещением. Горизонтальные силы, вызванные сдвиже­ нием земной поверхности, также воздействуют прежде всего на фундамент, в то время как горизонтальные силы, обусловленные температурными дефор­ мациями, проявляются главным образом в верхнем или чердачном этаже зда­ ния. Возможно, что анализ причин повреждений можно было бы облегчить, характеризуя трещины предложенным в работе [135] показателем, предста­ вляющим собой произведение длины трещины на величину ее раскрытия,

идополнительно классифицируя трещины по их местоположению и направле­ нию, однако для этого необходимо сначала провести большую работу по стати­ стической обработке данных массовых наблюдений за повреждениями зданий

исооружений.

ПРАВОВЫЕ ВОПРОСЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В СВЯЗИ С ПОДРАБОТКОЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

13.1.

Исторический обзор проблемы

В те времена, когда разработка рудных залежей на территории Германии велась за пределами населенных пунктов, в покрытых лесом горных массивах Рудных гор, Гарца, Зигерланда и Альп, само понятие ущерба от горных раз­ работок вообще отсутствовало; право добычи минералов тогда принадлежало суверенам, владевшим землей (Горный закон 1356 г.), которые предоставляли залежи руд и необходимые для их разработки земельные участки в пользо­ вание людям, выполнявшим работу по добыче руд, за определенную часть

ностях с самого начала восстали многочисленные владельцы земельных уча­ стков, рассматривавшие деятельность горнопромышленников как посягатель­ ство на их собственность, поскольку они считали, что владение землей дает им право и на владение содержащимися в недрах этой земли богатствами, не­ смотря на то, что в большинстве входивших в состав Германии земель суще­ ствовало право свободной разработки недр, по которому землевладельцы не имели права распоряжаться имевшимися на их территории полезными ископаемыми, а это право предоставлялось первооткрывателям залежей, сделавшим на это соответствующую заявку (разработка недр на правах аренды). Только в 1907 г. в право свободной разработки недр государством были вве­ дены некоторые ограничения, касавшиеся определенных минералов. К этому добавилось еще то обстоятельство, что отдельные горные предприятия, про­ изводя разработку наклонных угольных пластов, захватывали горными вы­ работками все большие и большие площади, на которых в случае недостаточно устойчивого горного массива происходило оседание земной поверхности, до­ ходившее до нескольких метров. В результате владельцы земельных участков стали требовать от горнопромышленников возмещения убытков от ущерба, нанесенного зданиям, сооружениям или сельскому хозяйству.

В этой связи возник вопрос, имеют ли горнопромышленники право созна­ тельно наносить ущерб чужой собственности и тем более разрушать ее, а также имеют ли право землевладельцы требовать от горнопромышленников, чтобы те сохраняли земную поверхность неповрежденной, а в противном случае требовать прекращения работы горного предприятия. Невыясненным также был вопрос о том, в какой форме должна осуществляться компенсация нане­ сенного ущерба — должно ли выплачиваться возмещение убытков в виде де­ нег или же земная поверхность и расположенные на ней здания и сооружения должны быть восстановлены по возможности в прежнем виде. Горнопромышлен­ никам, в свою очередь, важно было знать, в какой мере они должны нести ответственность, если ведение горных работ с соблюдением обычных техниче