§ 66. Причины нарушения устойчивости геодезических пунктов

К основным причинам смещения геодезических пунктов можно отнести экзогенные, эндогенные и техногенные процессы.

Как известно (§ 16), под экзогенными понимают процессы, связанные с воздействием таких внешних факторов, как температура и влажность. Эндогенные процессы обусловлены внутренними силами земли и выражены в медленных опусканиях или поднятиях земной, коры или быстрых сейсмических нарушениях. Техногенные процессы обусловлены деятельностью человека.

Наиболее важными, повсеместными, непрерывно происходящими являются экзогенные процессы. Их воздействие на геодезические пункты, заложенные в мягкие грунты, существенно и поэтому должно быть изучено и учтено при закладке пунктов.

Экзогенные процессы изменяют гидротермический режим грунта, что в свою очередь ведет к нарушению устойчивости таких легких конструкций, как геодезические центры и реперы.

Наиболее существенно влияет на геодезические центры процесс пучения. Рассмотрим его динамику.

П редположим, что в мягкий грунт заложен стандартный центр — монолит с трубой (рис. 118). Монолит заложен на небольшую глу­бину, в промерзающую толщу грунта. Под влиянием отрицательных температур воздуха грунт постепенно начинает промерзать. Увели­чиваясь в объеме, промерзающий грунт несколько приподнимается (пучится), а так как труба центра смерзается с грунтом, то под дей­ствием этих касательных сил, приложенных к боковым стенкам, начинается процесс поднятия центра. Однако развиваемое в первое время усилие по подъему центра еще недостаточно, чтобы преодо­леть вес знака и противодействие окружающего грунта, поэтому знак сохраняет свое первоначальное положение, а имевшийся кон­такт, благодаря смерзанию грунта с трубой, нарушается — труба проскальзывает по грунту. Но постепенно все большая и большая часть конструкции знака оказывается смерзшейся с грунтом; силы пучения нарастают и в какой-то момент они оказываются приложен- ными не только к боковым стенкам, но и к основанию монолита, тогда начинают действовать нормальные силы, которые в десятки раз превышают удельную величину касательных сил. С этого момента процесс пучения идет особенно интенсивно. В итоге вся конструкция знака приподнимается.

В силу обратимости процесса пучения казалось бы, что после оттаивания грунта центр должен вернуться в свое первоначальное положение. Однако этого не происходит. При обратном процессе — оттаивании — под основание монолита частично попадает (подте­кает) грунт с боков монолита. В итоге, после того как грунт прини­мает положительную температуру, монолит не встает на прежнее место. Поскольку этот процесс ежегодно повторяется, то знак с ка­ждым годом поднимается все выше и выше. В практике геодезиче­ских работ были случаи, когда монолит центра в результате вы­пучивания оказывался поднятым до поверхности земли.

Процесс пучения геодезиче­ских знаков — наиболее распро­страненный, однако возможно, что в мягких, сильно увлажненных грунтах тяжелые бетонные знаки (пилоны) могут давать заметную осадку.

Под действием морозного пуче­ния геодезические центры испыты­вают главным образом вертикаль­ные смещения, однако при этом возможны и плановые сдвиги. Чаще такие сдвиги являются след­ствием неравномерной осадки или подъема якоря знака. Неравномер­ная осадка может быть следствием неодинакового уплотнения грунта под основанием знака непосредственно после его закладки; неравно­мерный подъем может произойти от неоднородного пучения разно­родных по минеральному составу и степени увлажнения грунтов. Исследования, выполненные ЦНИИГАиК в различных грунто­вых условиях, показали, что плановые смещения бетонных геодези­ческих центров могут достигать 5—10 мм, и тенденция к такому смещению больше у знаков, расположенных в северных областях страны, и меньше на юге.

Эндогенные процессы обычно распространяются на значительные территории, вызывают либо медленные, либо резкие (сейсмические) нарушения в положении земной поверхности. Медлен­ные проявления эндогенных сил практически безвредны для инже­нерных сооружений. Но система геодезических и особенно высотных пунктов, расположенных на активных участках земной поверхности, при этом изменяет свои отметки. И если такие изменения можно считать несущественными для высотной сети низшего класса, исполь­зуемой для нужд строительства, то отметки реперов высших классов должны периодически исправляться. Для выявления вертикальных. смещений и контроля за устойчивостью реперов I и II классов реко­мендуется через 20—25 лет производить повторное нивелирование. Повторное нивелирование необходимо после сильных землетрясе­ний, особенно в районах, расположенных вблизи эпицентра. Кон­трольное нивелирование в районе Ашхабадского землетрясения показало изменения в отметках реперов на 20—30 см.

Техногенные процессы обусловлены инженерной деятельностью человека.

Интенсивные откачки грунтовых и подземных вод, добыча полезных ископаемых, строительство тоннелей (метро) и тяжелых (высотных) сооружений, сотрясения сооружений и грунтов от ра­боты машин и механизмов, а также от движения транспорта — вот неполный перечень причин, приводящих к нарушению устойчивости геодезических пунктов.

Регулярные интенсивные откачки подземных вод, необходимые для водоснабжения населенных мест, особенно больших городов, откачки для понижения уровня подземных вод в местах (шахтах) добычи полезных ископаемых, ведут к опусканию земной поверх­ности, причем область опускания распространяется далеко за пре­делы города или места разработки. Известно, например, что цен­тральная часть* г. Москвы за период 1936—1950 г. вследствие регу­лярного изъятия подземной воды опустилась на 1—2 см, а отдельные районы столицы Мексики (за 75 лет) опустились на 6 м. При этом замечено, что с понижением уровня грунтовых вод на 1 м поверх­ность земли опускается на 3—5 см.

На 5—10 см могут давать осадку здания, расположенные в зоне строительства тоннелей. Постоянные сотрясения от движущихся автомашин и железнодорожных составов также способствуют осадке реперов. Поэтому ранее распространенная система закладки репе­ров в устоях железнодорожных мостов, в фундаментах водонапор­ных башен и станционных зданиях, расположенных вблизи полотна дороги, не может считаться удачной и отвечающей требованиям устойчивости высотных геодезических точек.