Примеры деформаций зданий и аварий сооружений, иллюстрирующие значение инженерно-геологических изысканий при оценке совместной работы оснований и фундаментов.

Классическими примерами деформаций и аварий сооружений, иллю­стрирующих значение инженерно-геологических изысканий, являются:

1. Наклон башни в г. Пизе (Италия).

2. Авария Трансконского элеватора (Канада).

3. Деформация арочного моста через реку Казанку.

Исключительно редким примером развития значительных неравно­мерных осадок сооружения является крен "падающий башни" в г. Пизе (рис.1.1.).

Рис. 1.1. Наклонная башня в городе Пизе.

Высота башни 54,5 м. ее строительство велось с 1174 по 1350 г.г. с перерывами. Уже тогда были обнаружены большие осадки башни и ее крен в южном направлении, в сторону протекающей вблизи реки Арно. К моменту окончания строительства отклонение верха баш­ни от вертикальной оси составляло 2,1 м, а в настоящее время оно достигает уже 4,8 м и продолжает медленно увеличиваться. Башня имеет среднюю осадку порядка 1,5 м. Состояние ее равновесия считают близким к предельному. Фундамент башни сложен насухо из каменных блоков и имеет форму кольца внутренним диаметром 4,52 м и внешним - 19,5 м. Площадь его подошвы равна 262 м². Вес башни 14466 т и, следовательно, нагрузка от нее на основание составляет около 5,1 кг/см². Грунтами основания являются неоднородные аллюви­альные отложения. Падающая башня в Пизе представляет один из ред­ких архитектурных памятников средневековой Италии и к изысканию средств для ее спасения в настоящее время прилага­ется много усилий.

Показательный случай произошел с Трансконским зерновым элева­тором емкостью 27000 т, построенным в 10 км от г. Виннипег в Канаде.

18 октября 191З г. вскоре после постройки и первой засыпки зер­ном элеватор внезапно начал сначала оседать, а затем в течение 24 час. наклоняться в сторону. Наклонившись на 26° 53¹ к вертикали, эле­ватор остался в положении, показанном на рис. 1. 2.

Рис. 1.2. Авария трансконского элеватора.

Наклонившееся силосное здание состоит из 65 цилиндрических си­лосов диаметром 4,4 м, высотой 26 м, расположенных в 5 рядов, и 48 промежуточных силосов. Силосное здание опирается на грунт посредством железобетонной распределительной плиты толщиной 61 см.

Предварительные геологические исследования показали, что под поверхностным слоем чернозема на глубине 0,6 м залегает красновато-серая глина толщиной 1,5 - 1,8 м, переходящая в мощный пласт синей глины, простирающейся на глубину 12 м ниже по­верхности. Глубже, синяя глина сменяется белой глиной, перемешанной с известковыми гольдами, и, наконец, на глубине 1б – I7 м залегает известковая скала.

Синяя глина на глубине 2,4 - 2,5 м бывает обычно очень твердой и способной выдержать давление до 3,9 кг/см². В данном случае подошва железобетонной плиты была расположена ниже поверхности земли на 3,6м и наибольшее давление на грунт составляло 3,2 кг/см².

Основным условием успешного применения описанного типа фунда­ментов, называемых "плавучими", является строго равномерная загруз­ка силосов зерном. Канадская Тихоокеанская дорога, которой принад­лежал элеватор, начала складывать зерно в сентябре 1913 г., причем, равномерность засыпки была строго соблюдена. Несмотря на это, 16 октября силосное здание, в котором было около 25000 т. пшеницы, внезапно пришло в движение и осе­ло с одной стороны на 8,8 м, а с противоположной - на 1,5 м. При этом, выдавленный грунт выпучился на высоту 1,5 - 1,6 м. Выпучивание грунта и большое сопротивление его верхних слоев сжатию предупредили полное опрокидывание элеватора.

Расположенное рядом рабочее здание, имевшее в 1,5 раза большую высоту и несшее большую нагрузку, осталось при одинаковом типе фундаментов невредимым.

Немедленно произведенное бурение сразу выявило порочность пред­варительных геологических исследований. Глина, плотная у подошвы плиты, оказалась на глубине 9 - 12 м очень мягкой. С восточной же стороны ряды силосов были расположены параллельно слою валунов, залегающих на 4 м выше скалы. После бурения причины катастро­фы стали ясными. Сначала из-за чрезмерного давления на мягкий гли­нистый слой здание осело вертикально. Затем, так как восточная сто­рона здания встретила сопротивление валунов, оседать продолжала только западная сторона, опиравшаяся на мягкую глину. Возможность опрокидывания элеватора увеличилась из-за смещения и выдавливания слабого слоя грунта. В этих условиях наступившее равновесие было временным и требовало принятия энергичных мер.

После выпрямления здание элеватора оказалось не 4,3 м ниже своего первоначального положения. Полная стоимость работ по подве­дению фундаментов, выпрямлению и переустройству элеватора состави­ла, примерно, 0,1 часть стоимости разборки здания и вторичной его постройки.

Весьма поучительным примером негативных последствий недостаточного внима­ния к изучению грунтов и оценке условий их залегания явились большие и неравномерные осадки опор арочного железобетонного моста через реку Казанку, построенного в 1929 г. (рис. 1.3.). Каждая опора моста была возведена на 410 деревянных сваях, забитых в грунт на 8 м. Несмотря на это, произошла его авария вследствие возникновения больших и неравномерных осадок. Особенно катастрофической оказалась осадка правой опоры, которая достигла в среднем 1,5 м.

Рис. 1.3. Авария моста через р.Казанку.

Главной причиной аварии явилось сжатие слоя торфа мощностью 3,6 м, залегающего в основании правой опоры всего лишь на глубине 3,0 м ниже острия забитых сваи. При инженерно-геологических иссле­дованиях, ввиду недостаточной глубины скважин, наличие торфа вовремя не было обнаружено. На величину и характер осадки оказало также влияние давление от веса примыкающей к мосту насыпи, которая у правой опоры имела высоту 18 м и была отсыпана не в начале строительства, а после сооружения моста.