1.4. Нарушение устойчивости зданий и сооружений на склонах
При эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на склонах или вблизи них, появляется опасность нарушения устойчивости и прочности конструкций из-за возможных оползневых подвижек грунта. При этом деформации сооружений могут произойти как из-за воздействия давления неустойчивых масс грунта непосредственно на конструкции, так и вследствие разрыхления грунта в основании сооружения в результате смещения оползневых масс вниз по склону. Такое движение грунта по наклонной поверхности (проявление оползневого смещения) может начаться по самым различным причинам: превышение сдвигающих сил над удерживающими; обводнение склона и как результат — снижение прочностных характеристик слагающих его грунтов; абразия склона в нижней его части морскими или речными водами и как следствие — нарушение баланса грунтовых масс; ветровая эрозия поверхностных слоев; подрезка склона в какой-либо его части искусственными разработками грунта; сейсмическое воздействие и т.д.
Практически опасность для зданий и сооружений возникает в результате разнообразного воздействия на них грунтовых масс в случаях появления оползневых подвижек на склоне. При расположении сооружения в верхней части склона (в голове образовывающегося оползня) происходит "выползание" грунта из-под здания и разрыхление основания (рис. 1.4, а). Вследствие этого основание под фундаментом сооружения становится разнородным и в результате появления неравномерных осадок в здании начинают появляться вертикальные трещины. При размещении здания непосредственно на склоне при активизации оползня происходит смещение грунта под зданием — частично вместе с сооружением, частично путем обтекания его фундамента (рис. 1.4, б). В таком случае недопустимые деформации здания могут быть вызваны как давлением грунта на него, так и неодинаковыми перемещениями в плане отдельных его частей. В случае, когда здание находится в нижней части склона, т.e. в языке образовывающегося оползня, оно, как правило, испытывает лишь давление грунта от смещающихся масс (рис.1.4, в).
При появлении деформаций зданий и сооружений, построенных в зоне влияния оползневого склона, выполнение проектно-изыскательских работ по их усилению должно начинаться с тщательного анализа причин деформаций и установления вида воздействия грунтового смещения на сооружение.
Характерным примером воздействия оползневого смещения на сооружение, расположенное в верхней части склона, является появление деформаций в здании котельной в г. Днепропетровске. Здание расположено над глубоким оврагом (рис. 1.5), борта которого сложены деградированными лессовидными суглинками. Имевшаяся небольшая просадочность этих грунтов была ликвидирована вследствие естественного замачивания толщи еще до строительства здания котельной. Однако в процессе эксплуатации сооружения продолжалось обводнение грунтов склона, что привело его в неустойчивое состояние. Появлению оползня способствовала и абразия нижней части склона, вызванная протекавшим по оврагу ручьем. В результате по образовавшейся в борту оврага поверхности скольжения грунты начали смещаться вниз, затронув основание под зданием котельной. В стенах здания появились недопустимые трещины, что потребовало выполнения срочных мероприятий по укреплению склона и усилению фундаментов и стен.
В санатории "Меллас" в Крыму оползень произошел из-за активной хозяйственной деятельности человека, осуществляемой без учета существующих природных условий: при устройстве дороги на склоне не учитывали действие сдвигающих сил и их соотношение с удерживающими силами. Оползневые массы грунта надавили на построенный в нижней части склона спальный корпус (рис. 1.6), вызвав его значительные деформации.
Оползень также угрожал существовавшему на бровке склона административному зданию. Инженерно-геологические изыскания на склоне показали, что оползневое тело, состоявшее из влажных суглинков с включением щебня, сползает по кровле выветрелых аргиллитов. Поскольку в условиях застроенной территории невозможно было осуществить сложный комплекс противооползневых мероприятий, было принято решение остановить оползень механическим способом. На объекте были запроектированы и изготовлены противооползневые удерживающие конструкции из буронабивных свай. Три яруса таких противооползневых конструкций надежно стабилизировали оползневый склон.
При строительстве сооружений непосредственно на склоне нарушение их устойчивости нередко происходит в виде появления недопустимых (порой катастрофических) осадок. Особенно отрицательно оползневые подвижки склона сказываются на возведенные в его пределах протяженные инженерные сооружения — линии электропередач, нефте- и газопроводы, подпорные стены, автомобильные и железные дороги. Примером такой деформации может служить оседание земляного полотна одного из двух путей на участке железнодорожной линии Краснодар — Туапсе, для восстановления которого потребовалось проведение комплекса противооползневых мероприятий.
В качестве иллюстрации неправильного конструктивного решения может служить авария строящегося административного здания в Альтене (ФРГ) [8]. Восьмиэтажное здание шириной 13,4 и длиной 53 м строили на склоне холма (рис. 1.7). Подстилающим слоем служил слабый грунт, под которым начинались пласты, состоящие из достаточно прочных грунтов. Здание начало смещаться вниз по склону холма, когда возвели первые пять этажей. Слабый верхний слой грунта начал скользить по кварциту. О том, что здание пришло в движение, установили по характеру трещин в подвале. Для сохранения здания пробурили 150 скважин диаметром 50 см и глубиной 6,1 м через все верхние слои вплоть до прочных пород. В эти скважины вставили стальные стержни диаметром 46 мм, залив их на всю глубину жидким цементным раствором. На оголовках стержней забетонировали поперечные стены с целью приостановить сползание грунта под действием давления от веса здания. Стальные стержни работали как шпонки на срезывающее усилие, возникающее от наклонной составляющей веса здания. В результате проведенных работ опасность аварии была ликвидирована.
