Особенности вибрационного воздействия на территории мегаполисов

Вибрационное воздействие - один из видов техногенного физического воздействия на геологическую среду - представляет собой сообщение среде энергии вынужденных механических колебаний от источников с последующей передачей ее на инженерные объекты [2]. Это воздействие может быть причиной изменения прочностных и деформационных свойств дисперсных грунтов, возникновения или активизации экзогенных геологических процессов. Вибрация оказывает негативное влияние на состояние зданий и сооружений, коммуникаций [2].

Источником вибрационных нагрузок на территории мегаполисов являются транспортные системы (метрополитен, железнодорожный транспорт и трамвайные линии), а также работающие строительные и промышленные механизмы и агрегаты [2, 4]. Транспортные магистрали разной значимости образуют сложную систему линейных источников вибрации. Интенсивность транспортного потока определяет уровень вибрации [2, 4]. Влияние других источников на геологическую среду в городах носит локальный, временный и в большинстве случаев менее существенный характер.

Поскольку основной вклад в суммарное поле вибрации в условиях города вносят колебания, вызываемые движущимся транспортом, то значительная часть генерируемой энергии переносится поверхностными волнами, распространяющимися в самой верхней части грунтовой толщи мощностью 10-15 м с находящимися в ней фундаментами зданий и основными коммуникациями [1, 4].

Установлено, что колебания грунта вблизи железнодорожных путей в ряде случаев могут достигать по уровню 6-7-бальные землетрясения, а на расстоянии

25-40 м от наиболее интенсивных автомобильных магистралей и перекрестков колебания грунта ощущаются также, как в зоне землетрясения в 3-4 балла [4].

Автомобильные магистрали как источник вибрации оказывают на геологическую среду воздействие вследствие непрерывного движения по ним транспортных средств, каждое из которых является возбудителем колебаний относительно малой амплитуды. Уровень вибрации от движения автомобильного транспорта может достигать 65-70 дБ при измерении виброскорости.

Особенности поведения грунтов при вибрационном воздействии определяются составом, состоянием и физико-химическими условиями, а также параметрами и продолжительностью действия нагрузки [1, 3]. Так при относительно слабом, но продолжительном воздействии вибрации основные процессы, происходящие в грунтах, могут быть сходы с теми, которые наблюдаются при сильном кратковременном воздействии. При этом, чем меньше действующая нагрузка, тем процесс накопления деформаций в грунте является более длительным. В зависимости от параметров нагрузки и свойств грунтов может наблюдаться их уплотнение, снижение сопротивления сдвигающим усилиям, а в отдельных случаях и разрушение структурных связей [1, 3]. Водонасыщенные дисперсные грунты оказываются наиболее чувствительными к действию внешних динамических нагрузок. В грунтах такого типа могут развиваться специфические явления, выражающиеся в потере прочности грунта (разжижение), а затем после прекращения воздействия – постепенном ее восстановлении. При этом разжижение как следствие вибрационного воздействия может иметь различную природу, а именно тиксотропную, гравитационную и плывунную [3].

Динамическое воздействие на геологическую среду приводит к уплотнению рыхлых и недоуплотненных грунтов, что особенно существенно в условиях распространения искусственных так называемых техногенных отложений, к нарушению структуры непрочных тиксотропных грунтов [1, 3]. Как следствие этого здания и сооружения, располагающиеся вдоль магистралей с интенсивным движением транспорта, могут испытывать осадку в среднем на 3—8 мм больше, чем здания и сооружения, находящиеся в стороне от магистралей. В пределах зон вибрационного воздействия метрополитена наблюдается дополнительная осадка зданий на 50-200 мм [2]. Установлено также, что новые здания, построенные на участках, примыкающих к старым автострадам, обычно отклоняются в сторону от магистрали, тогда как старые здания, расположенные у новых автострад, наоборот, наклоняются в сторону магистралей [4]. Этот объясняется тем, что грунты на участках проложения старых магистралей уже уплотнены до предельной плотности, и увеличение пригрузки не влечет за собой дополнительных осадок вблизи полотна дороги. В стороне от дороги грунт уплотнен в меньшей степени, и с появлением дополнительной нагрузки от возведенного здания происходит его уплотнение. С другой стороны, проложение новой магистрали вблизи уже существующих зданий нарушает установившееся распределение напряжений в грунто- вом массиве, влечет за собой уплотнение грунта под полотном и в окрестностях дороги, сопровождаемое опусканием дневной поверхности, что и находит свое отражение в том, что части зданий, обращенные в сторону магистрали испытывают большую осадку по сравнению с частями, обращенными в противоположную сторону [5].