Тонущие города, стр. 53
Помимо рассмотренной, существует еще много причин оседания поверхности земли. В ряде городов выделяют более 20 генетических типов вертикальных смещений, основную роль среди которых играют техногенные факторы. К ним относятся статические и динамические нагрузки на грунты от веса сооружений, вибрации оборудования и транспорта. Чаще всего обусловленные ими оседания поверхности имеют локальный характер, т.е. относятся к самим сооружениям и ближайшей к ним территории, и к проблемам затопления имеют отдаленное отношение. Но встречаются и иные ситуации: например, среди причин погружения венецианской лагуны рассматривалось также влияние нагрузок от промышленных предприятий на ее берегах.
Большие площади могут занимать территории, поверхность которых оседает под воздействием подземных выработок. Проходка подземных выработок оказывает влияние на расположенную над ними толщу грунтов, изменяя их напряженное состояние и часто приводя их в движение. Особенно это проявляется на территориях угольных месторождений, разрабатываемых подземным способом с обрушением горных пород в выработанное пространство. Сдвижение и деформация грунтов в массиве достигают поверхности и образуют мульды проседания, осложняющие наземное строительство на территориях угольных бассейнов.
Эффективное средство предупреждения этих опасных последствий — выемка угля с последующей закладкой выработанного пространства. Для проведения этих работ создаются комплексы породозакладочных машин. Применяются и другие инженерные решения, но их сущность аналогична: заменить выработанный из земли материал другой опорой, препятствующей деформации лежащей выше толщи пород. Эта проблема актуальна для многих стран мира, большой опыт по ней накоплен в СССР и других промышленно развитых странах — Англии, США и др.
Оседания поверхности земли часто связаны с широко распространенными просадочными явлениями. Просадке — быстрому оседанию поверхности на глубину до нескольких метров — подвержены при водонасыщении лессовые и подобные им грунты, мощные толщи которых занимают обширные территории на юге европейской части Союза, в Средней Азии, во многих странах на разных континентах.
Строительство и эксплуатация зданий и сооружений на просадочных грунтах являются предметом забот большого раздела инженерной геологии, строительной науки и практики. Решение этой проблемы идет разными путями: ликвидацией причины просадок, т.е. предотвращением поступления воды в грунт, преобразованием свойств грунтов с целью ликвидации их просадочности, проведением просадки перед строительством.
Оседание поверхности земли происходит еще по ряду причин и в разных условиях. Карстовые пещеры в известняках являются естественной причиной провалов поверхности. Разнообразные деформации поверхности земли происходят в зоне вечной мерзлоты.
Все эти и подобные им явления часто происходят не по естественным природным причинам, а в связи с деятельностью человека. В инженерной геологии существует понятие техногенез — геологическая деятельность технически вооруженного человека. Эта деятельность включает переработку огромных масс горных пород при добыче полезных ископаемых и строительстве, преобразование рельефа земной поверхности, изменение режима поверхностных и подземных вод и многое другое. Изменяя природу, человек не только достигает тех конкретных целей, к которым он стремится, но вызывает и косвенные, часто не учтенные последствия. Оседания поверхности земли — это чаще всего именно такие косвенные последствия, вредные и иногда опасные для людей. Научиться их предвидеть и учитывать в своей деятельности — одна из важных задач современной науки и техники.
ГОРОДА ПОД ЗЕМЛЕЙ
Город, особенно крупный современный город, — это не только здания, улицы и все остальное, что мы видим на поверхности. Это еще и большое подземное хозяйство — от подвалов зданий до тоннелей к станций метро.
Рост численности населения, проблемы обеспечения его жильем, работой, многообразным обслуживанием, нарастающее насыщение городов транспортом привело к росту городов по всем координатам: к вширь, и ввысь, и вглубь. Не одновременно, а именно в этой последовательности, потому что рост вглубь, освоение подземного пространства наиболее сложно и дорого. Но необходимо. Основные причины этой необходимости — возрастающий дефицит свободных территорий, особенно в центральных районах крупнейших городов, где одновременно с решением градостроительных проблем должны быть сохранены памятники культуры и искусства; транспортные проблемы; оздоровление городской среды; стремление сделать города красивыми и удобными для жизни.
Во многих наших городах и в городах других стран построены и функционируют многочисленные подземные сооружения. Но широкое, комплексное освоение подземного пространства по существу только начинается.
В подземном пространстве крупных городов размещают транспортные сооружения, культурно-бытовые учреждения, складские помещения, инженерные сети, промышленные и энергетические объекты и др. Эти объекты должны быть увязаны друг с другом, с наземными сооружениями, причем нельзя забывать и последующие этапы развития. Задача сложная, а с учетом особенностей подземных условий — сложная вдвойне.
Сооружения в городах располагаются на глубинах до сотни метров. Чем ближе к поверхности земли, тем более насыщено подземное пространство различными сооружениями (рис.67). На глубинах до 20–40 м, особенно в центрах крупных городов, создаются многоярусные — 10–12 этажей — подземные комплексы.
Подземная среда — это прежде всего горные породы, грунты (эти термины — синонимы, первый из них употребляют геологи и горняки, второй — строители). Но это также и вода, подземная вода, заполняющая поры и трещины в породах. Поэтому подземные сооружения — это одновременно и «подводные» сооружения.
Подземные воды ставят проблемы на всех этапах освоения подземного пространства: и при строительстве, и при эксплуатации сооружений.
Для того чтобы разместить под землей сооружение, требуется прежде всего освободить для него пространство, т.е. произвести выемку грунта. Как и в горном деле, в строительстве применяют две системы разработки грунта: открытую и закрытую. Первая из них — это разработка котлованов, траншей и других выемок с поверхности земли. Выемки открыты по всей своей площади. При закрытой системе на поверхность выходят только входные выработки — шахты, тоннели, основная же часть освобождаемого под сооружения пространства располагается под землей и разрабатывается подземным способом.
Заглубляясь ниже уровня подземных вод, выемка, так сказать, вызывает приток воды на себя. Вытекая из грунта в выемку, вода может производить разрушительную работу. Она способна своим гидродинамическим воздействием увлекать с собой грунт, приводя его в плывунное состояние, в результате чего происходит оплывание нижней части откосов и обрушение остальной расположенной выше части. Выходя из дна котлована, вода взвешивает грунт, разрыхляет его и может сделать непригодным в качестве основания сооружения. Она ухудшает и осложняет производство земляных, монтажных и других строительных работ в котловане. На многое еще способна вода.
Поэтому откачка воды непосредственно из котлована (открытый водоотлив) применяется либо в таких случаях, когда некоторые нарушения допустимы (например, в крупных котлованах на свободных территориях можно допустить оплывание откосов в каких-то размерах), либо в таких грунтовых условиях, которые не создают осложнений. Это грунты, устойчивые к воздействию текущей воды: галечники, скальные породы. Но и здесь возникают свои сложности. В скальных породах, например, вода движется в трещинах, которые могут быть заполнены рыхлым материалом. В результате размыва этого заполнителя сечение трещин увеличивается, приток воды может возрасти и справиться с ним будет трудно. Словом, лучше бы не допускать воду в котлованы.