Ворчалка

Регулярные проседания грунта в Старом городе, недавний провал на Привокзальной площади и неуклюжие объяснения чиновников, как причин, так и сути произошедшего, заставили нас попытаться самим найти объяснение этих событий.

Интерес к проблеме подогревает растрескивание почти всех городских зданий и слухи о повсеместных плывунах и карстовых пустотах, на которых стоит Краматорск. Проработав максимальное количество доступных источников информации, мы предлагаем Вам полную информацию о природных явлениях, которые могут приводить к разрушению зданий, коммуникаций и проседанию почв в нашем городе. Углубляясь в суть вопроса, мы стали понимать, что в этой, простой на первый взгляд, ситуации, вопросов больше чем ответов.

Плывуны

В качестве основной причины растрескивания зданий и проседания почвы в Старом городе городские службы называют плывуны. Существует классическое определение плывунов переходящее из энциклопедии в энциклопедию примерно с 1935 года. На первый взгляд все просто, однако в начале девяностых годов российскими учеными был разработан метод спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП), позволяющий выявлять ряд ранее не известных свойств зон тектонических нарушений. Исследования, проведенные в середине девяностых годов, позволили взглянуть на плывуны, как на следствие, наличия в месте образования плывуна зон тектонических нарушений.

Зоны тектонических нарушений (ЗТН) представляют собой дефекты в твердых породах, на которых располагаются осадочные породы, именуемые грунтом. Грунт в ЗТН ведет себя наподобие зыбучих песков. Этому способствуют, с одной стороны, пониженная несущая способность грунта в этих зонах, а с другой, наличие там существенной (амплитудой до 10 см) пульсаций. В результате суммарного воздействия этих двух факторов происходит одновременное разрушение и засасывание сооружений в землю. 

Грунт в ЗТН находится в столь разрушенном состоянии, что его даже не удается извлечь при разведочном бурении. Высокая нарушенность пород в ЗТН прослеживается от кристаллического фундамента (граниты, гнейсы и т.п.) на всю мощность осадочного чехла, не достигая, однако дневной поверхности примерно 20-50 м. 

В условиях, как европейской части России, так и Украины плывуны контролируются тектоническими нарушениями. Если судить по обилию гипотез о плывунах, можно сделать вывод что природа плывунов, на сегодняшний день, неизвестна. Существует даже гипотеза техногенного, грибкового их происхождения. Так, некоторыми учеными высказывается утверждение, заключающееся в том, что причиной формирования плывунов являются утечки нечистот из канализационных систем. Против этого свидетельствует тот факт, что плывуны встречаются и в таких местах, где нет никаких следов человеческой деятельности.

По своему проявлению плывун - это загерметизированный объем, внутри которого под давлением находится водонасыщенный мельчайший песок, почти что ил. Давление внутри плывуна достигает таких величин, что буровой инструмент, попавший в него, может быть выброшен с большой силой. Российские ученые, прослеживая тектоническое нарушение, почти во всех случаях прослеживали и плывун.

Наличие плывунов в значительной степени определяет характер взаимодействия инженерных сооружений с грунтом. Дом может стоять на плывуне и при этом не испытывать никаких неудобств. Неприятности начинаются, когда нарушается герметичность плывуна. Эффект при этом будет такой же, как если сидеть на надутой камере, которую вдруг кто-то проткнет.

Плывуны подвижны. Они перемещаются снизу вверх. Так, при строительстве дома и прокладке к нему коммуникаций может оказаться, что плывун никак себя не проявляет. Однако спустя сколько-то лет при ремонте этих коммуникаций приходится встречаться с плывуном. Это происходит потому, что после проведения строительных работ поднимается нарушенное состояние пород, а вместе с этим, поднимается и плывун, находившийся раньше на таких глубинах, что себя не проявлял. Как показывают исследования, проведенные в Петербурге, плывуны часто находятся на предельно малых глубинах. В результате, зачастую получается так, что верхняя граница плывуна за время эксплуатации дома оказывается настолько близко к поверхности, что малейшее сделанное углубление в грунт, например, при ремонте коммуникаций (которые при прокладке находились еще вне плывуна), может вызвать выход плывуна.

При расчете инженерных сооружений считается, что несущая способность грунта одинакова по всей площади фундамента и постоянна во времени. Причина такого отношения к свойствам грунта заключается в том, что раньше такие явления как воздействие ЗТН, были неизвестны. Грунт в ЗТН является не твердой средой, а тем, что иногда называют твердой жидкостью.

Механизм влияния плывуна на разрушение дома следующий. Обычно плывун имеет удлиненную форму и залегает он в зоне тектонического нарушения. Если плывун залегает под домом, то само по себе это еще ничего не значит. Однако если в пределах этого же плывуна, но за пределами дома начать строительные работы - делать котлован или делать бурение, или забивать (задавливать) сваи, то герметичность плывуна будет нарушена. В районе этой строительной площадки из плывуна начнет выходить вода. Откачивая эту воду, от воды освобождают весь плывун, в том числе, и ту его часть, которая залегает под домом. Этим самым снижают давление в плывуне, и фундамент дома, в той его части, которая находится над плывуном, начинает уходить в грунт. Грунт при этом разрушается и начинает пропускать через себя остатки плывуна, что проявляется притоком воды в подвале дома. То, что это именно вода из плывуна, нетрудно выяснить с помощью анализа ее состава. Иногда кажется, что поднимается почва в подвалах. Это не так - на самом деле, опускается дом. Ну, а дальше идет развитие трещин в несущих конструкциях дома в зависимости от его конструкции. Вспомните, как трескались дома в Старом городе при рытье котлованов и забивке свай, когда строили старогородские девятиэтажки.

Если под домом проходит ЗТН, то действительно в этом месте после возведения дома начнется некоторое опускание фундамента. В принципе, если бы эта опускающаяся часть фундамента не была бы скреплена с остальным фундаментом, то опускание ее шло бы непрерывно. Может быть, с ускорением, может быть, равномерно. Это зависело бы от параметров ЗТН. Но поскольку на опускающуюся часть фундамента действуют два фактора - влияние зоны пониженной несущей способности и удерживание остальной частью фундамента, то, возможно, опускание прекратится, и эта часть как бы зависнет на остальной части дома. В большинстве случаев так и бывает. А в остальных, в меньшинстве случаев, опускание продолжается, опускающаяся часть дома тащит за собой весь остальной дом, и идет разрушение всего сооружения.

В большинстве случаев, дом, частично оказавшийся в ЗТН, разрушается очень медленно. Можно даже сказать, что он находится в состоянии неустойчивого равновесия, которое может быть нарушенным любым внешним воздействием. Наиболее частым таким воздействием являются строительные работы вблизи дома. Воздействие на ЗТН, являющуюся продолжением зоны, проходящей под домом, вызывает ускоренный подъем состояния повышенной трещиноватости по всей зоне, и в результате, нарушается равновесие того дома, который уже достаточно давно находится в эксплуатации. 

Карстовые пустоты

В случае Краматорска породная толща часто содержит известняки, поэтому возникает ряд довольно специфических моментов. Первоначально, до начала строительных работ известняковая плита в ЗТН не теряет своей прочности. При бурении это проявляется таким образом, что породы, залегающие ниже известняков, в ЗТН находятся в разрушенном состоянии, а сами известняки и породы, покрывающие их, имеют прочность такую же, как и вне ЗТН. В результате возникает два механизма провалов, кроме механизма провалов в результате карстообразования, существует еще один менее известный механизм. 

Процесс карстобразования хорошо изучен, и заключается в следующем. Если имеется глубинный источник напорной воды, и вода эта имеет кислотный характер, то при соприкосновении ее с известняком происходит процесс выщелачивания. Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты или других минеральных или органических кислот. 

В объеме, где протекала эта реакция, остается кашеобразная субстанция. Карст, в объеме которого находится такое вещество, преобразуется в карстовую пещеру, если в карст перестает поступать напорная вода. Тогда полужидкое вещество карста уходит с водой, и остается полость. Прочная, но хрупкая известняковая плита в ЗТН ломается.

Как в этой ситуации не вспомнить прошлогоднее понижение уровня грунтовых вод под Краматорском в результате открытия плотины Гебеля, и недавнее восстановление ее рабочего состояния.

Динамический удар

Это еще один природный механизм возникновения всевозможных катаклизмов. При воздействии на грунт возмущений динамического характера, резонансное увеличение амплитуды колебаний грунта или конструкции, может завершиться резким, удароподобным процессом в виде мгновенно развивающихся провалов, обрушений горных выработок, разрушений опор, насыпей. Это явление известно, как горные удары или техногенные землетрясения.

Мощнейшим источником динамического воздействия являются движущийся поезд или автотранспорт. Динамическое воздействие на грунт может возникнуть и случайно, в результате каких-то реконструкций дома, в результате установки в обычном жилом доме настольного прессового оборудования, либо даже при возникновении эксцентриситета стиральной машины. А то и просто в результате быстрых ритмических танцев молодежи. При наличии ЗТН с определенными частотными характеристиками может возникнуть динамический удар. 

Цикличные движения грунта распространенное явление. Однако внешне его признаки не контрастны и выявление непосредственного их влияния на объекты весьма проблематично. Воздействие их многогранно, проявляется как в непосредственном влиянии цикличных деформаций на сам объект, так и через изменение свойств грунтов в разломных зонах под влиянием переменных циклических нагружений. Если амплитуда знакопеременных деформаций превысит допустимые деформации конструктивных элементов сооружения, то в нем проявятся нарушения с соответствующими аварийными последствиями. 

При достижении колебаний грунта определенной величины, возникает явление  обратимого изменения структуры грунта с изменением физико-механических свойств грунта. За счет колебаний эти грунты, имеющие в обычном состоянии достаточную несущую способность, разжижаются, резко снижая свои прочностные характеристики. Что ведет к перекосу и опрокидыванию жилых домов и инженерных сооружений. Но это явление происходит лишь в короткий период действия динамического удара. Впоследствии грунты вновь обретают свои обычные свойства. 

Этим механизмом можно объяснить появление провала под дорогой на привокзальной площади. Проезжающий над коллектором автомобильный транспорт, близкое расположение от места аварии железнодорожного полотна, наличие в зоне аварии вскрытых плывунов и прошлогоднее понижение уровня грунтовых вод, могли привести как к появлению карстовых провалов и разломов, так и к динамическим ударам  с проседанием почвы. Очевидно, что единственным способом избавиться от подобных аварий в дальнейшем, может быть только перемещение коллектора за пределы проезжей части с проведением соответствующих работ по выявлению и картированию зон тектонических нарушений на территории Краматорска. 

Кстати

Предположения о том, что русла рек и ручьев образуются не где угодно, а только в тех местах, где грунт наиболее легко размывается, произносились неоднократно и многими учеными. Однако было неясно, с какой стати в определенных местах породы обладают повышенной рыхлостью. Сейчас, российские ученые говорят с уверенностью, что причиной повышенной рыхлости пород является наличие ЗТН. Разумеется, не все ЗТН являются руслами ручьев и рек. Зато все русла обязательно находятся в ЗТН. Часто бывает, что пойма реки представляет собой заболоченную местность.

Для формирования болота необходимо два условия - это хроническое проседание поверхности и наличие обводненности. Наличие болота обусловлено глубинными причинами. Обычно ЗТН обусловлена не одной трещиной в кристаллическом фундаменте, а множеством трещин. При этом, если только небольшая часть площади ЗТН занята руслом ручья или речки, то остальная площадь заболачивается. 

В начале прошлого века на большей части Старого города и местах будущего размещения заводов, была заболоченная территория, которая в последствии была засыпана грунтом, оборудована разветвленной дренажной системой, и застроена. Дренажная система ныне полностью пришла в негодность. Возможно, все последние случаи провалов грунта связаны именно с этим.

Александр Олейник