Характеристика землетрясений

Смертельные потери работающих и населения во многом зависят от типа зданий и интенсивности землетрясения. Так, людские потери в кирпичных многоэтажных зданиях при землетрясении интенсивностью от 8 до 12 баллов могут составлять соответственно от 3 до 80 человек.

Для повышения сопротивляемости зданий и сооружений сейсмическим воздействиям может быть применено два прин­ципиальных подхода: пассивный и активный.

Пассивная защита сводится к усилению основных несущих конструкций зданий и сооружений для восприятия дополни­тельных усилий, вызываемых сейсмическим воздействием. Это достигается как увеличением сечений элементов (напри­мер, арматуры), так и усилением связей между ними. В кир­пичных зданиях, например, устраивают железобетонные антисейсмические пояса на уровне перекрытий.

Активная сейсмозащита заключается в использовании специальных устройств, направленных в основном на снижение амплитуд колебаний здания при землятресениях. Для этого используются сейсмозащитные устройства гравитационного типа, динамические гасители колебаний и т.п.

15.1 Примеры сейсмозащитных устройств

К настоящему времени предложено несколько десятков типов сейсмозащиты. Возможное исполнение такой системы показано на рис. 15.1, а, б. Среди весьма эффективных следует отметить системы с применением цементно-песчаных эллип­соидов и устройств, использующих силы сухого трения, позво­ляющие снижать эффекты сейсмического воздействия.

Наводнения. Среди источников ЧС природного проис­хождения наводнения по повторяемости, масштабам воздействия и материальному ущербу стоят в России на первом месте. Причины возникновения наводнений многообразны.

К ним относят:

-половодья (обычно весенние) из-за таяния снега и половодья при интенсивных дождях в бассейнах равнинных рек;

-наводнения из-за заторов (весной) и зажоров (осенью), возникающие из-за скопления на реках шуги и льда;

-наводнения, вызванные подъемом закрытых морей (Каспийское море);

- нагонные наводнения (р. Нева);

- наводнения, вызванные подводными землетрясениями;

- наводнения из-за прорыва плотины.

Наводнения наносят непоправимый ущерб экономике затапливаемой территории.

При наводнениях происходит достаточно быстрый подъем воды и затопление прилегающей местности. Часто при этом возникают подтопления, когда вода проникает в подвалы зданий через канализационную сеть (при сообщении канализа­ции с рекой), по разного рода канавам и траншеям, а также из-за значительного подпора грунтовых вод.

При наводнениях нарушаются пути сообщения, выходят из строя телефонная связь, электроснабжение и т.п. В даль­нейшем происходит размыв оснований зданий и сооруже­ний и непрерывное углубление промоин. От размывающего действия текущей воды может происходить разрушение мос­товых на улицах городов, а также кирпичных зданий в тече­ние 5—10 сут. Более устойчивы в этом отношении блочные бетонные здания с фундаментом из бетонных и железобе­тонных блоков и плит. Такие здания с заполненными водой подвалами длительно сохраняют общую устойчивость. Вто­ричными последствиями наводнений являются загрязнения воды и местности веществами из разрушенных и затопленных хранилищ, промышленных и сельскохозяйственных пред­приятий, массовые заболевания людей и животных, аварии на транспортных и инженерных коммуникациях, оползни, обвалы и даже изменения ландшафта.

Рассмотрим предупредительные меры при наводне­ниях. Поскольку предотвратить наводнения кроме тех, кото­рые вызываются гидродинамическими авариями, нельзя, то с целью уменьшения масштабов наводнений, снижения потерь и ущерба от них на территориях, подвергающихся относительно частому затоплению, заблаговременно прово­дят комплекс специальных мероприятий. Эти предупреди­тельные меры можно разделить на три группы.

К первой группе относятся работы прогнозно-аналитического характера. Гидрологический прогноз представляет собой научно-обоснованное предсказание хода развития, характера и масштабов наводнения.

­ В результате анализа и оценки обстановки должны быть получены исходные данные для планирования и принятия решений по предупредительным мерам, а также по подготовке и проведению аварийно-спасательных и других неотложных работ во время наводнения.

Вторая группа — это меры организационно-оперативного характера. К ним относятся: принятые органами местной исполнительной власти, органами по делам ГО и ЧС и долж­ностными лицами предприятий решений, направленных на проведение предупредительных мероприятий и подготовку к борьбе с наводнением; планирование конкретных предупре­дительных инженерно-технических работ, мер защиты и др.

Третья группа — это инженерно-технические мероприя­тия. Они базируются на типовых способах снижения отрица­тельных последствий наводнений. К ним могут быть отнесены такие меры, как уменьшение максимального расхода воды в реке путем перераспределения стока во времени, сооруже­ние ограждающих дамб (валов), спрямление русла рек, под­сыпка территорий, берегоукрепительные и дноуглубительные работы, регулирование стока воды с помощью водохрани­лищ, применение комбинированного способа профилактики наводнений.

Снизить потери и ущерб от наводнений позволяют и ряд других предупредительных мероприятий. Они достаточно раз­нообразны. Это посадка лесозащитных полос в бассейнах рек, распашка земли поперек склонов, сохранение прибрежных водоохранных полос древесной и кустарниковой раститель­ности, устройство террас на склонах, строительство прудов и других искусственных водоемов в логах, балках и оврагах для перехвата талых и дождевых вод.

При наводнениях гибель взрослых людей возможна при высоте воды 1, 5 м и скорости потока менее 0, 7 м/с, а при более высоких их значениях высока вероятность массовой гибели людей. Время безопасного пребывания человека в воде во многом зависит от его возраста, здоровья и температуры воды. Так, при температуре воды +15—20°С в обычной одежде человек среднего возраста, умеющий плавать и с хорошим здоровьем, может продержаться в ней до 5—6 ч, при 10—15 °С — 2—3 ч, а при +4 °С — всего 10—15 мин. В спасательном жилете это время увеличивается в 2-2, 5 раза.

Время наступления физиологических изменений в организме пострадавших, находящихся в воде, также зависит от состояния их здоровья, возраста и температуры воды. Так, при ее температуре +20°С человек теряет сознание через 3—7 ч, а смерть наступает через 10—15 ч, при + 15 °С время соответственно составляет 2-4 и 6-8 ч, а при +10 °С — 0, 5-1, 9 и 1—2 ч. Средний процент людских потерь в зонах катастрофического затопления может составить ночью — 35%, а днем — 20% общего количества оказавшихся в таких зонах.

Штормовые ветры, снежные метели и заносы. Специалисты циклоном называют замкнутую область атмосферного возмущения с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. Разрушительное действие циклонов опре­деляется дождевыми осадками (снегом) и скоростным напором ветра. Согласно строительным нормам максимальное норма­тивное значение ветрового давления для территории России составляет 0, 85 кПа, что при нормальной плотности воздуха 1, 22кг/м соответствует скорости ветра 37, 3 м/с. Однако, как показывает практика, далеко не все сооружения выдерживают ветер даже меньшей силы. Велика также разрушительная сила ударов от предметов, уносимых сильными ветрами.

Зимой при прохождении циклонов возникают метели. В соответствии с силой ветра метели делят на пять категорий: слабые, обычные, сильные, очень сильные и сверхсильные. В зависимости от того, как снег переносится ветром, разли­чают несколько видов метелей: верховая, низовая и общая.

Верховая метель — это снегопад при ветре, когда падаю­щие снежинки движутся вместе с потоком воздуха, не касаясь земной поверхности. В чистом виде такая метель наблюда­ется редко. Обычно это бывает, когда снег выпадает над боль­шими лесными массивами, кустарником, незамерзающим водоемом или когда идет мокрый снег, отложения которого ветер разрушить не в силах.

Низовая метель — метель без снегопада. Ее сущность заключается в следующем. Сильный ветер разрушает снеж­ную поверхность и вовлекает движение ранее отложенный снег. Когда снег переносится до высоты 10—20 см, возникает поземка. Если снегом насыщается 1, 5—2-метровый призем­ный слой воздуха — это низовая метель. В таких условиях очень трудно двигаться на автомобилях и других транспорт­ных средствах. Из кабины видны лишь снежные вихри, закры­вающие от глаз земную поверхность и горизонт, и человек может потерять ориентировку.

В средних широтах чаще всего бывают общие метели, когда ветром одновременно переносится снег, выпадающий из обла­ков и поднимаемый с поверхности. В такую метель снег отла­гается повсюду довольно ровным слоем, за исключением низин и различных преград. В такую метель появляются суг­робы и снежные заносы на дорогах, вследствие чего временно парализуется работа железнодорожного и автомобильного транспорта, нарушается нормальная жизнь селений и даже городов. Обитатели первых этажей зданий иногда не в состоя­нии выйти из своих квартир и нуждаются в помощи извне.

Для людей большую опасность представляют сильные метели в тот момент, когда они находятся вне населен­ных пунктов на открытой местности. Поэтому очень важно для ориентировки людей, внезапно застигнутых метелями, на дорогах вывешивать указатели. В тех районах, где во время интенсивных метелей люди совершенно могут терять ориен­тировку, вдоль дорог и троп необходимо протягивать канаты или веревки, держась за которые они могли бы найти свои жилища или попасть в другие здания. Для защиты дорог от снежных заносов устраиваются заграждения в виде зем­ляных валов, зеленых насаждений, заборов из щитов и т.п. На горных дорогах, в местах особенно подверженных снеж­ным заносам, делаются галереи. Для визуальной оценки скорости ветра по его действию на наземные предметы или по волнению на море в 1806 г. английский адмирал Ф. Бофорт разработал условную шкалу. В 1963 г. Всемирная метеорологическая организация уточ­нила эту шкалу (табл. 15.2

Примечание. Резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и более называется шквалом.

Ветровые движения атмосферного воздуха происходят почти параллельно земной поверхности, поэтому под скоро­стью ветра подразумевается горизонтальная составляющая ветрового движения.

Это воздействие иногда небезопасно, поэтому его приходится учитывать в повседневной жизни. Так, на Камчатке при ско­рости ветра 30 м/с и более по распоряжению местных органов прекращают работу школьные учреждения, детские сады и ясли, а при ветре более 35 м/с не выходят на работу женщины.

Сильный ветер сносит крыши домов, опрокидывает суда, разрушает здания. Поэтому при проектировании сооружений предусматривают, чтобы они могли противостоять самым сильным ветрам в данной местности. Для территории Рос­сии максимальное значение скорости ветра при проектиро­вании зданий и сооружений принято 37, 3 м/с или 134 км/ч, что соответствует силе ветра в 12 баллов.

Оползни. Это смещение на более низкий уровень масс горных пород по склону под воздействием собственного веса и дополнительной нагрузки. Главными причинами возникно­вения оползней являются подмыв склона, его переувлажнение, сейсмические толчки и хозяйственная деятельность человека.

В результате одного или нескольких из указанных факто­ров нарушается равновесие склона, и он приходит в скользя­щее движение, которое продолжается до достижения склоном нового равновесного состояния. При этом перемещаются зна­чительные массы пород, что может приводить к катастрофи­ческим последствиям и приобретать характер стихийного бедствия. Оползни могут разрушать отдельные объекты и под­вергать опасности целые населенные пункты, выводить из обо­рота сельскохозяйственные угодья, создавать опасность при эксплуатации карьеров, повреждать транспортные коммуни­кации, трубопроводы, энергетические сети и угрожать плоти­нам. Оползни образуются как на естественных склонах, так и в искусственных земляных сооружениях с крутыми откосами.

На оползневых склонах различают шесть основных эле­ментов (рис. 15.2).

Большую часть потенциальных оползней можно предотвратить, если своевременно и качественно осуществить комплекс мероприятий, направленных на контроль, прогнозирование и предотвращение возникновения оползневых процессов. Среди них важное значение имеют контроль и прогнозиро­вание оползнеопасных участков, а также выполнение проти­вооползневых инженерно-технических мероприятий.

Контроль за состоянием склонов и соблюдением охранно-противооползневого режима осуществляется специалистами противооползневых станций. Основной целью контроля явля-

Рис. 152. Принципиальная схема оползневого склона:

1 — надоползневый уступ; 2 — трещины скольжения (оползневые ступеньки); 3 — плоскость скольжения; 4 — тело оползня; 5 — трещины выпучивания; 6 — нижняя граница оползня

ется выработка комплекса противооползневых мероприя­тий с учетом гидрогеологических условий и характеристик оползневых участков. В качестве исходных данных для кон­троля может использоваться следующая информация: места прошлых оползней и ближайшие районы возможного нового оползания; возвышенности и косогоры, где не наблюдались, но где имеется вероятность возникновения оползней; затоп­ляемые участки и распределение подземных вод; места распо­ложения стоков, дренажированных участков и выполненных других противооползневых инженерно-технических меро­приятий; гидрогеологические условия района.

Борьба с оползнями основана на обеспечении устойчи­вости склона. Общими защитными мероприятиями для оползней всех типов являются следующие:

-отвод поверхностных и атмосферных вод, притекаю­щих к оползневому участку со стороны путем устройства нагорных канав;

-разгрузка оползнеопасных склонов и откосов;

-посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних трав на поверхности оползневых склонов;

-спрямление русел рек и периодически действующих водостоков, подмывавших основание оползневых склонов;

-берегоукрепление в основании подмываемых оползневых склонов путем устройства бун, донных волноломов, струенаправляющих устройств и защитных лесонасаждений;

-отсыпка и намыв земляных, гравийных и каменных контрбанкетов у основания оползневых склонов;

-перераспределение земляных масс на оползневых скло­нах путем планировки и террасирования склонов;

-устройство подпорных стенок, возведение контрфор­сов, контрбанкетов и свайных рядов;

-дренажирование склонов.

Подпорные стенки рекомендуется устанавливать при сравнительно небольших оползнях на склонах при нарушении их устойчивости вследствие подрезки, подмывки или пригрузки. Чаще всего они сооружаются для того, чтобы предотвратить дальнейший оползневый процесс у территорий промыш­ленных предприятий, коммунальных сооружений, автомо­бильных и железных дорог. Подпорные стенки устраиваются из сборного железобетона или из хорошо обожженного кир­пича, или из камня. При расчете подпорных стенок необхо­димо определить оползневое давление на стенку и временную нагрузку на откос и непосредственно на стенку. Для повы­шения устойчивости подпорных стенок обычно устраивают застойный дренаж.

Контрфорсы — это подпорные сооружения, удерживающие грунт склонов и откосов от смещения. Обычно они возво­дятся из камня на цементном растворе, бетона или бутобетона. По своей конструкции они могут быть дренажными или без дренажа и обязательно должны врезаться подошвой в устойчивые слои грунта.

Контрбанкеты (рис. 15.3) устраиваются у подошвы действующих или потенциальных оползней. Контрбанкет представляет собой призму, возведенную из грунта или бутового камня. Ширина и высота призмы зависят от устойчивости оползневой массы и определяются расчетами. Протяжен­ность контрбанкета обычно меньше протяженности контр­форса. Он своей массой препятствует смещению оползневого грунта и является довольно эффективным и дешевым проти­вооползневым сооружением. При возведении контрбанкетов из недренирующих или слабодренирующих грунтов необ­ходимо предусматривать мероприятия по отводу грунтовых и поверхностных вод и по борьбе с эрозией почвы.

Рис. 15.3. Варианты контрбанкета:

a— из грунта; б — с забивкой удерживающих оползень свай; в ­-в виде железобетонных ящиков, заполненных песком, камнем или иными материалами; 1 — контрбанкет; 2— сваи; 3 — железобетонные ящики

Свайные ряды применяются в период временной стабилизации оползней, имеющих небольшую (до 4—5 м) мощность смещаемого тела. Сваи могут быть деревянными, железобе­тонными или металлическими. Их забивают в шахматном порядке в 2—3 ряда на глубину не менее 2 м в несмещаемую породу. Во избежание сотрясений склона при забивке свай предварительно пробуриваются отверстия для каждой сваи, диаметром несколько меньшим, чем расчетный диаметр сваи. Число свай определяется по нагрузке на сваю с расчетом на опрокидывание и срез.

Одним из эффективных противооползневых приемов явля­ется отвод поверхностных вод. Для этого устраивается сис­тема нагорных водоотводных канав, лотков, ограждающих валов и осуществляется дренажирование склонов.

Нагорные канавы и лотки являются достаточно эффективным и экономичным средством закрепления оползневых склонов. Они предназначены для отвода воды с поверхности оползневого участка. Их устраивают глубиной от 0, 6 до 1, 5м и располагают выше верхней границы оползневого участка. Канавы рекомендуется отрывать прямыми без резких изло­мов и поворотов. На оползнях глубиной до 2 м канавы можно отрывать и поперек оползня, но с уклоном к низу склона, шириной в 3—5 раз больше глубины канавы.

Дренажи по своей конструкции бывают четырех типов: горизонтальные, вертикальные, дренажные галереи и ком­бинированные (рис. 15.4 и 15.5). Горизонтальные дренажи применяются при неглубоком (до 4—8 м) залегании водоупора. Для устройства такого дренажа могут применяться керамические, бетонные или асбестоцементные трубы, кото­рые укладываются в отрытые траншеи. Для проверки работы дренажа по его трассе сооружаются смотровые, поворотные и перепадные колодцы.

Вертикальные дренажи устраивают путем бурения скважин, и рытья шахтных колодцев. Их применяют при дренировании одного или нескольких водоносных горизонтов при большой глубине их залегания. Отвод вод из вертикальных дренажей производится в специальные водосборные галереи.

Дренажные галереи применяют в местах глубокого зале­гания водоносного горизонта, питающего оползневый склон водой. Они эффективны при значительной водообильности и хорошей водоотдаче грунтов. Их рекомендуется применять только в общем комплексе противооползневых мероприятий, поскольку их устройство очень трудоемко и дорого.

Комбинированные дренажи представляют собой сочета­ние горизонтальных и вертикальных дренажей, объединен­ных в одну систему с дренажными галереями. Они находят широкое применение на оползневых склонах с несколькими глубоко залегающими водоносными горизонтами, разделен­ными водоупорными пластами.

Рис.15.4. Устройство щебеночного дренажа:

1 — песок; 2 — глина; 3 — гравий; 4 — камень; 5 — глинобетон

Рис. 155. Размещение дренажной траншеи на оползневом склоне:

1— песок; 2 — дренажная траншея; 3 — застой воды; 4 —глина

Помимо рассмотренных инженерных противоополз­невых мер для борьбы с оползнями обязательными явля­ются посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав. Посадки эффективны при крутизне склона не более 30—40 °. Сажать на склонах рекомендуется следующие деревья и кус­тарники: клен, ольху, акацию, боярышник, можжевельник, шиповник, вереск и др., т.е. такие растения, у которых раз­вита корневая система и невелика масса.

В целом, как показывает практика, правильный и обос­нованный выбор противооползневых мероприятий и свое­временное комплексное их выполнение в полном объеме ограничивают или прекращают происходящий оползневый процесс.

Карст. Процесс карстообразования заключается в раство­рении, выщелачивании или механическом размывании пород грунта подземными водами, в результате чего в толще Земли образуются пустоты, пещеры, вертикальные воронки и колодцы, а на земной поверхности создаются просадки и провалы. Карст образуется только при наличии в толще Земли легко размыва­емых пород — известняков, доломитов, мела, гипса, а также некоторых рыхлых пород, как, например, лёсса.

Физика данного явления заключается в следующем. Атмо­сферные воды (дождевые и от таяния снега) проникают с поверхности в толщу Земли (путем просачивания или по тре­щинами в породе) и образуют поток грунтовых вод, уносящих с собой частицы пород. Процесс размыва начинается с земной поверхности и достигает водоупора. Развитию карстовых явле­ний способствуют трещиноватость в плотных породах, наличие значительных размеров и числа трещин, усиленное питание карста атмосферными водами и их фильтрация. Развитие карста во времени находится в прямой зависимости от типа пород, залегающих на закарстованной территории.

Образующиеся вследствие карстовых явлений на зем­ной поверхности просадки и провалы изменяют естествен­ный рельеф, создавая неровности с колодцами и воронками. Просадки и провалы вызывают разрушение зданий, комму­никаций и инженерных сооружений. Возможное наличие карстовых явлений и вероятность возникновения просадок и провалов на земной поверхности, отсутствие уверенно­сти в стабильности рельефа усложняют градостроительное использование территорий и приводят к планировочным огра­ничениям в жилой и промышленной застройке.

На территории России карсты обнаруживаются в Ленин­градской, Новгородской, Псковской, Нижегородской, Перм­ской, Тульской и других областях, а также на Кавказе и Дальнем Востоке. Так, крупнейший центр химической промышленно­сти страны г. Дзержинск Нижегородской области распола­гается в пределах очень крупной карстовой зоны. Наиболее активно проявляет себя карст на территории ОАО «Корунд» и Дзержинской ТЭЦ. Здесь воронки и просадки грунта можно наблюдать в непосредственной близости от производственных корпусов, а некоторые даже на их территории.

В существующей градостроительной практике принята следующая оценка территории с карстовыми явлениями:

1) Благоприятные условия (отсутствие карстов в преде­лах
территории города);

2) неблагоприятные условия (незначительное число затух­ших
карстов с неглубокими воронками);

3) особо неблагоприятные условия (значительное число
воронок активного карста глубиной более 10м и наличие
в толще земной поверхности пустот).

При выборе территории для строительства города при возможном наличии карста необходимы инженерные изы­скания и обследования, на основании которых устанавлива­ются пригодность территории и планировочные ограничения в ее освоении и застройке.

Инженерно-геологическими изысканиями выявляются тер­ритории с карстовыми процессами, устанавливается возраст карстовых проявлений и процессов, определяющих условия, дальнейшего развития и увеличения объема существующих карстов. Кроме того, выявляются наличие, глубина и харак­тер закарстованных горных пород, мощность закарстованного слоя, а также условия питания водой, фильтрация подземных и инфильтрация поверхностных вод, химический состав грун­товых вод. В изысканиях и последующей оценке территории важнейшее значение имеет установление границ активного карста, а также прочность и устойчивость закарстованных пород. Особое внимание при этом уделяется наличию тре­щин и воронок на поверхности изучаемой территории, при­знакам растворения пород и начала образования воронок и пустот, наличию замкнутых впадин.

По существующим положениям территории с карстовыми явле­ниями при активном процессе развития карста подлежат исклю­чению из застройки. В исключительных случаях строительство на таких территориях возможно, но только после инженерной под­готовки, направленной на ликвидацию карста. Однако выполнение данной задачи является очень сложным и дорогостоящим меро­приятием, которое может осуществляться в двух направлениях.

Первое направление — это ликвидация карста, что воз­можно при его малых размерах, на сравнительно небольшой площади и низкой активности процесса развития карста.

Второе направление заключается в ограничении развития карста и приведении земной поверхности над карстом в удоб­ное положение для строительства городских сооружений или иного градостроительного использования.

В целом основной задачей инженерной подготовки территории ­
города при наличии или возможности проявления
карста является ограничение или исключение доступа поверх­ностных
и подземных вод в горные породы, слагающие толщу
Земли на городской территории, т.е. исключение причин обра­зования
и развития карста. Исходя из этой задачи, вырабатываются­
и проводятся мероприятия инженерной подготовки
городских территорий в области борьбы с карстами. Основными­
из них являются:

-организация поверхностного стока атмосферных вод,
исключающего проникновение этих вод в карстовые пустоты;

-дренирование подземных вод (грунтовых потоков)
в целях ограничения или прекращения поступления этих вод в пустоты карста;

-закрытие отверстий воронок и колодцев на земной
поверхности в целях недопущения стока вод через них в карст;

-заделку подземных пустот и пещер неразмываемыми
материалами в целях предотвращения возможных осадков
и провалов на земной поверхности, исключения возможности
развития карста и обрушения кровли карстовых пустот;

-ликвидация провалов и просадок земной поверхности
путем планировки территории в целях создания удобных
условий строительства.

Просадки и провалы. Помимо рассмотренных карстовых явлений, на ряде территорий России и даже в некоторых горо­дах наблюдаются просадки, а иногда провалы грунта.

Просадки представляют собой незначительные верти­кальные смещения поверхности территории, возникающие в результате уплотнения грунта. При провалах вертикаль­ные смещения грунта достигают нескольких десятков мет­ров (до 50м и более). Явление просадочности может быть, вызвано двумя факторами: во-первых, хозяйственной деятельности человека; во-вторых, свойствами некоторых горных пород. Провалы же обычно возникают вследствие образо­вавшихся в земных недрах пустот, нарушивших равновесие окружающих пород (подземные выработки полезных ископаемых). Просадки и провалы в районах горных подземных выработок имеют место в Свердловской области, Кузбассе и некоторых других районах России.

Явление просадочности свойственно некоторым горным породам, в особенности лессу и лессовидным грунтам. В этом случае просадочные деформации рассматриваются как переход грунтов из недоуплотненного состояния в состояние нормаль­ной для данного природного явления плотности, происходя­щей под влиянием инфильтрационной воды, замачивания грунта и его уплотнения. Лёсс и лёссовидные грунты срав­нительно широко распространены на территории России. Мощность слоя лёсса иногда достигает 10—20 м и более. Просадочность свойственна и некоторым другим породам (суг­линки, глины). Оседание поверхности и просадки образуются, также при откачке воды из песчаных водоносных слоев.

Многие города и рабочие поселки расположены на терри­ториях с подземными выработками, осуществляемыми при добыче полезных ископаемых. В своем развитии выработки часто оказываются непосредственно под территорией города. В местах горных выработок равновесие в породах над ними нарушается, происходит сдвижение и прогиб пластов, их обрушение и, как следствие, земная поверхность над выработ­ками просаживается (оседает), а иногда даже проваливается. Установлено, что независимо от характера происхождения образование просадок и провалов зависит от геологических условий, глубины и размеров выработок. Так, близость к зем­ной поверхности, большая ширина выработки и малая плот­ность породы в кровле способствуют быстрому образованию провалов, значительных по площади и глубине. Выработки, пройденные даже на сравнительно большой глубине, не могут считаться безопасными, хотя на поверхности Земли просадки проявляются через сравнительно длительный срок.

Для обеспечения безопасности городских зданий и соору­жений на территории с подземными выработками необходимо иметь о них исчерпывающие данные. В качестве мер защиты зданий и сооружений от просадок при осуществлении гор­ных выработок применяют оставление «целиков» (нетронутых участков пласта) в качестве поддержания кровли и усиленные крепления выработки. Не эксплуатируемые и не используе­мые выработки в опасных местах могут быть заделаны сухой кладкой и бетоном. Другое направление мер защиты — это инженерная подготовка территорий над горными выработ­ками. Она включает вертикальную планировку территории с засыпкой просадок и провалов до первоначальной отметки, а также устройство дренажа в засыпаемых просадках и орга­низацию стока атмосферных вод на участках с просадками.

Грозы. Они являются довольно распространенным и опас­ным атмосферным явлением. На всей Земле ежегодно про­ходит порядка 16 млн гроз и каждую секунду сверкает около 100 молний. Разряд молнии чрезвычайно опасен. Он может вызвать разрушения, пожары и гибель людей.

Установлено, что средняя продолжительность одного грозового цикла составляет примерно 30 мин, а электрический заряд каж­дой вспышки молнии соответствует 20—30 Кл (иногда до 80 Кл). На равнинной местности грозовой процесс включает образова­ние молний, направленных от облаков к Земле. Заряд движется вниз ступеньками длиной по 50—100 м, пока не достигнет зем­ной поверхности. Когда до нее остается примерно 100м, мол­ния «нацеливается» на какой-либо возвышающийся предмет.

Своеобразным электрическим явлением является шаро­вая молния. Она имеет форму светящегося шара диаметром 20—30 см, движущегося по неправильной траектории и исче­зающего беззвучно или со взрывом. Шаровая молния суще­ствует несколько секунд, но может вызвать разрушения и человеческие жертвы. Например, в Подмосковье ежегодно из-за грозовых разрядов в летний период происходит около 50 пожаров.

О повторяемости гроз в мае на территории России позво­ляют судить приведенные ниже данные:

Санкт-Петербург — 2; Самара – 3;

Москва — 3; Екатеринбург – 3;

Ростов-на-Дону — 4; Новосибирск – 4;

Сочи — 2; Красноярск – 2;

Краснодар — 5; Иркутск – 1;

Волгоград — 4; Якутск, Мурманск – одна гроза в несколько лет.

Повторяемость гроз обычно возрастает на 10—15% в годы высокой солнечной активности.

Оценка опасности воздействия молнии основана на ста­тистике частоты гроз с опасными молниями в данном районе и носит вероятностный характер. Такая оценка в сере­дине 1980-х гг. была проделана для Москвы по результа­там наблюдений 11 метеорологических станций (Внуково Домодедово, Шереметьево, Быково, Центральная вычис­лительная станция и др.). Для расчетов было введено поня­тие «грозовой сезон», в который вошли четыре месяца с мая по август - 123 дня. Число грозовых дней за сезон в Москве составляет в среднем 37 дней. За площадь Москвы был при­нят круг радиусом 20 км. Результаты этих расчетов пока­заны на рис. 15.6.

Рис. 15.6. Вероятность гроз Р для Москвы и суши земного шара

Из графика очевидно, что грозу следует ожидать во вто­рой половине дня, скорее всего с 12 до 18 ч местного вре­мени. Немного реже она бывает в 21 ч и 3 ч ночи. С 5 до 8 ч утра гроза маловероятна, но в первой половине дня ее веро­ятность возрастает в 10 раз и более. Вторая кривая (более плавная)- это результаты, полученные в институте даль­ней связи США для всей земной суши и грозового сезона в 40 дней. Анализ и сравнение приведенных графиков дают основание полагать, что наиболее вероятны грозы в период с 10 до 18 ч местного времени.

Существует два вида воздействия молнии на объекты: прямой удар молнии и вторичные проявления молнии. Пря­мой удар сопровождается выделением большого количества теплоты и вызывает разрушение объектов и воспламенение паров ЛВЖ, различных сгораемых материалов, а также сго­раемых конструкций зданий и сооружений.

Под вторичными проявлениями молнии подразумеваются
явления, которые сопровождаются возникновением разно­сти
потенциалов на металлических конструкциях, трубах
и проводах внутри зданий, не подвергшихся прямому удару
молний. Высокие потенциалы, наведенные молнией, соз­дают
опасность искрения между конструкциями и оборудо­ванием.
При наличии взрывоопасной концентрации паров,
газов или пыли из возгораемых веществ это приводит к вос­пламенению
или взрыву.

Общеизвестно, что защита от прямых ударов молнии осу­ществляется молниеотводами, а от вторичного проявления молнии — путем заземления всех металлических конструк­ций, находящихся внутри зданий и сооружений.

Молниезащита включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, пре­дохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздей­ствии молний. Для всех зданий и сооружений, не связанных с производством и хранением взрывчатых веществ, а также для линий электропередач и контактных сетей проектиро­вание и изготовление молниезащиты должно выполняться согласно РД 34.21.122—87 «Инструкция по устройству мол­ниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуни­каций» или СО 153-24.21.122-2003.

По степени защиты зданий и сооружений от воздействия атмосферного электричества молниезащита подразделяется на три категории. Категория молниезащиты определяется общественным или производственным назначением зданий и сооружений, среднегодовой продолжительностью гроз, а также ожидаемым числом поражений здания или соору­жения молнией в год.

Ожидаемое годовое число поражений молнией:

-для прямоугольных зданий и сооружений

­-для сосредоточенных зданий и сооружений (башен, вышек, дымовых труб и т.д.)

,

где S, L — ширина и длина зданий, м (для зданий и сооружений слож­ной конфигурации в плане при расчете N в качестве S и L прини­мают ширину и длину наименьшего описанного прямоугольника); h_зд — наибольшая высота здания или сооружения, м; n— среднего­довое число ударов молний в 1 км² земной поверхности (удельная плотность ударов молний в Землю) в месте расположения зданий или сооружений.

Информацию о среднем за год продолжительности гроз можно получить в местном отделении Росгидромета либо воспользоваться картой России, представленной в РД 34.21.122-87 и СО 34.21.122-2000.

Здания и сооружения, отнесенные к I и II категориям мол­ниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические ком­муникации. Здания и сооружения, отнесенные к III категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные (над­земные) металлические коммуникации. Для создания зон защиты применяют одиночный стержневой, двойной стерж­невой, многократный стержневой, одиночный или двойной тросовый молниеотвод. На рис. 15.7 приведена конфигурация зон защиты некоторыми типами молниеотводов.

Рис. 15.7. Зоны защиты различными типами молниеотводов:

а — одиночный стержневой; б — двойной стержневой; в — тросовый