» » Варианты и сочетания сложных тектонических условий строительства

Варианты и сочетания сложных тектонических условий строительства

Участки с активными современными тектоническими движениями и некоторыми типами тектонических структур нередко оказываются неблагоприятными для строительства. Поэтому в научной, методической и учебной литературе по инженерной геологии уделяется определенное внимание тектонике, особенно неотектонике. Обычно приводятся примеры аварий (с разрушениями, жертвами, отрицательными экологическими последствиями) и ухудшения условий строительства в результате присутствия разрывных, складчатых и инъективных структур и проявления тектонических движений. Такие смещения могут быть относительно медленными — крип или быстрыми, обычно связанными с землетрясениями (сейсмотектонические дислокации). Но ранее при большинстве инженерных изысканий для строительства этот вопрос не затрагивался, т.к. он не находил отражения в соответствующих нормативно-методических документах. Однако практика во многих случаях подтверждала реальность существования тектонической опасности.
Суммируя существующую информацию можно разделить пассивное и активное тектоническое влияние на условия строительства.
Пассивное влияние реализуется через характер дислоцированности пород и присутствие в районе строительства тех или иных тектонических структур. Это влияние может быть как отрицательным, так и положительным.
Активное влияние реализуется современными, часто опасными для строительства тектоническими и сейсмотектоническими движениями разнообразных структур (дизъюнктивных, пликативных, инъекционных, соляно-купольных и др.).
Пассивное тектоническое влияние на условия строительства

Пассивное влияние могут оказывать как древние неунаследованные, так и новейшие тектонические структуры. Важен сам факт их присутствия в районе и на участке строительства. Необходимо принимать во внимание: а) характер дислоцированности горных пород,
б) типы складчатых, блоковых и разрывных и инъективных структур. Большинство перечисленных тектонических ситуаций учитывается при традиционных инженерных изысканиях. Поэтому нет необходимости их подробно рассматривать.
Учет общей дислоцированности пород — наиболее привычная для инженеров-геологов характеристика тектонических условий строительства. По существу та или иная форма залегания горных пород отражает природу тектонической подвижности территории. Тектоника в определенной степени сказывается на чередовании, стратиграфической последовательности и наборе горных пород. В инженерной геологии это учитывается в первую очередь через оценку прочности пород, слагающих слои; во-вторых, анализируется строение разреза, когда последовательность субгоризонтальных слоев может сказываться на несущей способности оснований (например, за счет деформации слоев пластичных, хрупких или механически ослабленных пород); в-третьих, — характер наклона пластов. При длительном выветривании отдельные, крутозалегающие пласты, могут разрушаться на большую глубину (иногда на десятки метров), как это имеет место во многих районах Урала. В результате несущая способность торцов смежных пластов может сильно различаться и рациональное размещение крупного сооружения представляет сложную задачу. Часто при проектировании требуется применение специальных мероприятий или конструктивных решений. Очень важным может быть распределение наклона слоев в расчлененном рельефе. Например, оползни, связанные с неблагоприятным соотношением наклона слоев и склонов ухудшали условия строительства плотин Гриб, Ирил Эмда в Алжире, Понтезей в Италии. Одним из факторов, обусловивших разрушение арочной плотины Сент-Френсис в США явилась ориентированная параллельно склону сланцеватость, ослабившая примыкание этой плотины.
В некоторых случаях при размещении ответственных сооружений прибегают к выбору благоприятных структурных обстановок. Так, например, антиклинали обычно удобнее для размещения створов плотин (плотины Докан, Бекме в Ираке, Сарсанг в Армении, Акстафинская в Азербайджане), а синклинальные котловины — для водохранилищ (Кассеб в Тунисе, Женисья во Франции и др.). При строительстве плотины водохранилища Женисья, в долине Роны (Франция) было установлено, что синклинальная структура даже будучи сложенной частично кавернозными нижнемеловыми известняками препятствует утечкам из водохранилища. В ядрах складок могут повышаться или неравномерно распределяться напряжения (Ирганайская ГЭС, туннель Локтак, подземная ГЭС Ичари в Индии).
Разрывные структуры представляют собой во многих случаях объекты разнообразного ухудшения условий строительства. Эти структуры будут специально рассмотрены ниже. Здесь же следует отметить только, что классификация их применительно к нуждам инженерных изысканий должна быть специфичной, отражая преимущественно строение и ширину зон так или иначе раздробленных пород, присутствие в этих зонах относительно монолитных тектонических клиньев и т.п. На строительных площадках при этом обычно выделяются два основных типа зон: трещинные и разрывные. Последние связаны основными кинематическими типами разрывов, как преимущественно субвертикальных (сдвиги, раздвиги и большая часть сбросов), так и наклонных (покровы, надвиги, взбросы, пологие сбросы). Каждый из этих типов характеризуется определенными различиями в строении разрывных зон. В какой-то мере указанные различия зависят от размеров (протяженности) разрывов и их участия в более сложных тектонических образованиях (шовные зоны, зоны смятия).
Основными факторами пассивного тектонического влияния разрывных и трещинных зон на условия строительства можно считать их пониженную прочность и повышенные подверженность выветриванию и проницаемость.
По мнению А.А. Варги, нарушение устойчивости примыканий арочных плотин вызывается обычно тектоническими нарушениями (плотины Кырджали в Болгарии, Фрейм в США и др.) или интенсивной трещиноватостью (плотина Ланиер в США).
Присутствие разрывных зон и зон повышенной трещиноватости послужило причиной: а) сползания откосов при строительстве гидроузлов Кессикопру (Турция), Семино и Хиллз Крик (США), плотин Соте (Франция), Маммот-Пул (Австрия), Сарри Маунтин Герлос, Уэйко и Оахе (США); б) больших фильтрационных потерь, которые либо не позволили наполнить ряд водохранилищ — Лон Пайн (США), Шарпаль (Франция), либо привели к размыву земляных плотин Фонтенелле, Гринлик, Юлесбург, Титон (США), Апа (Турция), Флэгстаф (Австралия); в) снижение эрозионной прочности основания плотин Кальдевуд (США), Бандакут Бар (Австралия).
Вдоль ослабленных, обводненных и выраженных уступами в рельефе разрывных зон нередки опасные гравитационные процессы. Древний оползень объемом 30 млн. м3 известен вблизи Нижне-Худонского створа на р. Ингури у ее пересечения с Ларакваквинским разрывом. Древний оползень, связанный с разрывом, активизировался при подрезке склона для строительства земляной плотины Мармарик (Армения) в ее правобержном примыкании.
Усиление фильтрации в результате суффозии заполнителя трещин и карста, который также нередко является тектонически обусловленным, отмечались в основании плотин Гриб, Зезеталь (ФРГ), Грейт, Флос, Вольф-Крик, Ланиер (США) и др. Значительная опасность часто связана с раскрытием трещин бортового и донного отпора — плотины Маунт Моррис, Фонтенелле (США) и др. Кроме того, в процессе строительства влияние трещиноватости на гидрогеологические условия может значительно измениться вследствие искусственной разгрузки, обусловленной созданием котлована и под действием взрывных работ (Красноярская, Бурейская, Токгогульская и др. ГЭС). Неожиданная сильная фильтрация по трещинам в приконтактной части основания привела к разрушению плотин Апа в Турции, Титон, Гринлик, Юлесбург в США или потребовала проведения дорогостоящих защитных мероприятий и в первую очередь цементации оснований на глубину 7-15 м в гидроузлах в Льюсне в Швеции, Матахина в Новой Зеландии, Флэгстаф в Австралии, Ист Бренч в США и др.
Возможны большие водопритоки, вынос глинистого и мелкокластического материала и выбросы газов из разрывных зон, пересекаемых туннелями. Так, при строительстве транспортного туннеля на гидроузле Куробе-4 в Японии водоприток из разрывной зоны достигал 660 л/с под давлением 4,2 МПа, в туннеле Авали в Ливане из разрывной зоны было вынесено 97 500 м3 песка, а при проходке туннеля Арпа-Севан произошел выброс углекислого газа, сопровождавшийся вывалом породы. Внезапные прорывы воды и крупные водопритоки через интенсивно трещиноватые породы вызвали осложнения при проходке гидротехнических туннелей Теребля-Рикской ГЭС в Закарпатье, ГЭС Харами-2 в Грузии, Малговер во Франции и др.
Ослабленные и проницаемые породы в разрывных и трещинных зонах благоприятны для развития линейных кор выветривания. Последние развиваются на особенно большую глубину в условия тропического климата. Например, при строительстве водохранилища и плотины Жор (Батанг-Патангская гидроэнергетическая система в Малайзии) выяснилось, что при средней мощности коры выветривания палеозойских гранитов около 30 метров линейные коры выветривания достигают мощности в 300 м. В этих условиях необходимы бурение и геофизические исследования, позволяющие выявить рельеф подошвы коры выветривания (или кровли скальных пород).
В отдельных случаях на условия строительства могут влиять инъективные и складчатые тектонические структуры, как улучшая, так и ухудшая их. Среди инъективных тел особенно опасны подвижные диапировые внедрения, связанные с разрывами. Например, на участке Каневской ГАЭС глинистые диапиры, приуроченные к локальным чешуйчатым надвигам (рис. 1.1), ухудшают устойчивость откосов. Недооценка инъективных структур в процессе изысканий и проектирования приводила к изменению проектов во время строительства, вплоть, до изменения типов плотин (плотина Инфьернилло в Мексике), или к дополнительному съему слабых пород и проведению укрепительных мероприятий (плотины Гексекайя в Турции и Бергефорсен в Швеции).

Активное тектоническое влияние на условия строительства

Активное тектоническое влияние сказывается в пликативных (при развитии складок и флексур), разрывных (крип), и инъективных (часто связанных с соляно-купольными структурами) относительно медленных движениях и практически мгновенных сейсмотектонических (сейсмогенных) смещениях. С разрывными структурами (сейсмогенерирующими) могут быть связаны очаги землетрясений, с разрушительными волновыми воздействиями. Тектоническую природу часто имеют поднятия и опускания обширных территорий, которые особенно важно учитывать при освоении побережий морей и океанов. В отдельную категорию следует выделить антропогенные (вызванные) тектонические и сейсмотектонические движения.
Активные пликативные движения обуславливают опасные ситуации, например, кривизну и наклон основания сооружений, которые могут быть связаны с крутыми флексурами, сжатыми складками и т.п. Такие деформации особенно важно учитывать при проектировании реакторных блоков АЭС. Именно они оказались основной причиной отмены ввода в эксплуатацию Крымской АЭС.
Активные разрывные (крип) движения возникают при сдвиговых, раздвиговых, сбросовых, взбросовых, надвиговых смещениях и их разнообразных комбинациях. Интенсивность этих смещений может быть весьма значительной. Так, на западном побережье США скорость разрывного крипа в г. Хейвард в течение 50 лет сохранялась на уровне около 6 мм/год. У г. Холлистера зафиксированы и изменения скорости крипа от 4 до 6 мм/год, при этом максимальная измеренная здесь скорость достигла 30 мм/год. На трассе БАМ, по данным повторных нивелировок первого класса за 1976-1978 гг., вертикальные смещения по Курнеминскому разрыву достигали 5 мм/год. В Центральных Кызыл-Кумах при активизации трещинообразования в 1964-65 гг. скорость сдвиго-раздвиговых смещений достигала 3-5 мм/год. С учетом длительности эксплуатации такие движения оказываются опасными для большинства типов инженерных сооружений.
На трассе БАМ относительные тектонические смещения порталов Северомуйского туннеля по данным повторных нивелировок второго класса за 1974-1978 гг. достигали 13 мм/год, т.е. представляли угрозу для самого туннеля как инженерного сооружения. В райцентре Тамды и близлежащих населенных пунктах Кызыл-Кумов при упоминавшейся активизации трещинообразования (1964-1965 гг.) сдвиго-раздвиговые трещины пересекали жилые дома. Опасные смещения возможны и по локальным разрывам. Так аварии двух плотин Сан-Фернандо в США при землетрясении 1971 г. были обусловлены подвижками по небольшому разрыву, не считавшемуся до этого случая активным. Очевидно, произошло обновление разрыва в результате сейсмического сотрясения. В России и за рубежом известны случаи разрушения инженерных сооружений разрывный крипом. Так, на западном побережье США в зоне активного разлома Сан-Андрес, по отдельным разрывным сместителям разрушались жилые дома, винные завод и погреба, повреждались крупный водопроводный туннель, дренажные системы и т.п. Скорость правого сдвига у винного завода достигает 12 мм/год, а скорость такого же сдвига, обусловившего деформацию дренажной грубы под стадионом Калифорнийского университета, составляет 2,5 мм/год.
Поэтому выявление активных разрывов составляет одну из главных задач при определении тектонической опасности.
Движения инъективной породы часто связаны с диапировым (инъективным) перемещением пластичных пород. Например, в Западном Германии развитие погребенного на глубинах 0,6-0,8 км соляного купола Квикборн привело к вертикальным разрывным смещениям на земной поверхности с амплитудой около 2 м. Разрывные смещения со скоростью 4-9 мм/год, связанные с развитием куполов, зафиксированы на левобережье р. Вахт (Таджикистан) в непосредственной близости от 300-метровой Нурекской плотины. Эти подвижки деформировали крепление туннелей и вынудили отказаться от лево-бережного варианта размещения здания ГЭС.
Сейсмотектонические единовременные мгновенные смещения при сильных и катастрофических землетрясениях с магнитудами в интервале 6,2-8,6 нередко составляют несколько метров, а иногда превышают 10 м. Подобные смещения опасны. Так, Тайваньское землетрясение 21.09.1999 г. с магнитудой 7,6 привело к разрывному смещению плотины с вертикальной амплитудой около 10 м. При 10-балльном землетрясении 1906 г. около Сан-Франциско произошел разрыв с горизонтальным смещением 2,5 м в примыкании земляной плотины Сан-Андреас высотой 30 м. При этом был разрушен водоотводящий туннель. Одновременно произошел разрыв и смещение земляной плотины Верхний Кристалл Спрингс высотой 27 м, построенной на том же разрыве. Однако в момент подвижек эта плотина уже не эксплуатировалась. Расположенная в 0,3 км от данного разрыва бетонная плотина Кристал Спрингс не была повреждена. В 1959 г. при 7-балльном землетрясении произошло вертикальное смещение до 5,5 м по разрыву, расположенному в 0,7 км от земляной плотины Хебген (в США) с бетонной диафрагмой и высотой 26 м. При этом тело плотины растрескалось и осело на 2 м относительно также треснувшей бетонной диафрагмы. Описаны сейсмодислокации по тектоническим нарушениям и образование современных разрывов на участках гидроузлов Лоуэр Говелл, Вулкано Лейк и Болдуин Хиллз в США. Не исключена возможность, что авария в напорном туннеле гидроузла Тарбела в Пакистане связана с тектоническими подвижками в результате 7-балльного землетрясения, произошедшего накануне аварии. 8-балльное землетрясение, произошедшее во время строительства 232-метровой Чиркейской арочной плотины на р. Сулак в Дагестане, вызвало 3-х сантиметровые подвижки по содержащим глинистый заполнитель тектоническим трещинам длиной до 2 км и падением под углами 40-60°. Отмечалось также раскрытие трещины бортового отпора на 10-50 см. В результате понизилась устойчивость откосов строительного котлована.
Сейсмогенерирующая активность крупных разрывных структур, по-видимому, не вызывает сомнений. В частности землетрясения, связанные с разломом Сан-Андрас разрушили плотины Сан-Андреас и Верхний Кристалл Спрингс. Достаточно напомнить Ашхабадскую катастрофу 1948 г., связанную с активизацией Предкопетдагского регионального сдвига, и Ташкентское землетрясение 1966 г., обусловленное подвижками разрывов в фундаменте под городом. В обоих случаях произошли массовые разрушения и гибель людей. Основной причиной бедствий были опасные волновые воздействия.
Обширные тектонические поднятия и опускания наиболее опасны на побережьях. Достаточно вспомнить необходимость ограждения дамбами значительной части Голландии, опустившуюся ниже уровня моря. Тектоническая природа подтопления Венеции подтверждается геодезическими измерениями современных опусканий.
Активные движения антропогенной природы разнообразны. Так, возможна активизация смещений по разрывам и в результате наведенной (техногенной) сейсмичности. Такое вертикальное смешение произошло в 1975 г. при землетрясении с магнитудой 5,7-6,0, возникшем при заполнении водохранилища гидроузла Оровилл в США. Считается также, что непосредственной причиной аварии французской арочной плотины Мальпассе была подвижка по разрыву, обусловленная гидростатическим и гидродинамическим давлением подземных вод во время заполнения водохранилища.
Известны случаи активизации разрывного крипа при закачке воды в скважины.
Большое влияние на условия строительства оказывают значительные откачки подземных вод в городах. При этом постепенные деформации в воронках оседания могут достигать нескольких метров. Уже в 70-м году прошлого века оседания в г. Токио достигали 4 м, а в г. Мехико — 8 м при скорости соответственно 18 и 50 см/год.
Антропогенными являются разнообразные (в том числе разрывные) деформации на подрабатываемых территориях. Они известны в большинстве шахтных полей угольных бассейнов и крупных рудных месторождений. Многие нормы разнообразных допустимых деформаций первоначально разработаны применительно к подрабатываемым территориям.
Из сказанного выше с очевидностью следует, что сложные тектонические условия строительства распространены достаточно широко и не только в горно-складчатых, но и в равнинных областях. Наиболее сложные сочетания вариантов тектонической опасности связаны с разрывными нарушениями, но в отдельных случаях осложнения условий строительства обусловлены складчатыми и инъекционными структурами.

title-icon Подобные новости