Сейсмическое микрорайонирование

Наблюдения за последствиями многочисленных землетрясений показывают, что эффект их проявления в разных частях даже одного города
значительно отличается по интенсивности. Имеется много примеров различных повреждений зданий и сооружений, одинаковых по конструктив-
ному решению и по качеству возведения, при одном и том же эпицен-
тральном расстоянии, но основания которых находились в различных
грунтовых условиях. Измерения, сделанные при сильных землетрясениях, позволили установить, что интенсивность колебаний на слабо консолидированных грунтах может быть на несколько баллов выше, чем на соседних участках, сложенных скальными породами. Замечено, что интенсивность землетрясений возрастает с уменьшением плотности грунта и увеличением его влажности. Оценка этих отличий внутри принятой схемы сейсмического районирования известна под названием сейсмического микрорайонирования.

Сейсмическое микрорайнирование.

На основании исследования зависимости степени повреждений от
типа грунтовых условий, отмечены следующие факторы:

1) тип грунта влияет на интенсивность и форму сейсмических волн;

2) тип грунта влияет на способность сооружений к затуханию колебаний;

3) прочность грунта снижается под действием колебаний.

Изменение интенсивности колебаний зависит от упругих свойств
грунта, его плотности, влажности, консистенции (для глинистых пород). Поэтому в СНиП грунты разделены на 3 категории в зависимости от их
свойств. При этом учитывается, что для крупнообломочных и песчаных, гравелистых крупных и средней крупности грунтов влияние влажности на
упругие свойства несущественно. Но вместе с тем содержание песчано-
глинистого заполнения имеет существенное значение. Для глинистых
грунтов основными показателями являются плотность и консистенция, для
мелких и пылеватых песков - плотность и влажность.

Особенно неблагоприятными грунтами основания являются насыщенные водой пески, особенно рыхлые. Такие пески при сейсмических
воздействиях разжижаются, что способствует провальным осадкам (деформации) зданий. В связи с этим рыхлые пески нецелесообразно использовать под основания фундаментов. Рыхлые пески уплотняют вибраторами. Слабые пылевато-глинистые грунты также непригодны как основания под фундаменты в текучем и текучепластичном состоянии. Такие грунты требуют улучшения, они должны быть закреплены или заменены.

СНиП не предусматривает возможность интерполяции расчетной
сейсмичности по карте сейсмического районирования, хотя в нормах ряда
стран такая возможность допускается.

Определение сейсмичности площадки строительства следует производить на основании сейсмического микрорайонирования. При определении расчетной сейсмичности площадки должны соблюдаться следующие
требования:

- Площадка должна определяться на основе сейсмического микрорайонирования (СМР), которое могут выполнять специализированные инженерно-изыскательские учреждения.

- В районах, для которых отсутствует СМР, определять сейсмичность допускается исходя из сейсмичности района и результатов инженер-
но-геологических изысканий (ИГИ).

- Если сейсмичность площадки определена по результатам СМР, то
ее дополнительная корректировка по результатам ИГИ не требуется.

- Если площадка расположена на границе существующих карт СМР
или на границе различной сейсмичности, то следует специальной организации, которая составляет карту СМР, уточнить сейсмичность площадки.

- Уточнение сейсмичности района строительства должно осуществляться по материалам детального сейсмического районирования (ДСР), выполняемого сейсмическими службами Российской академии наук (РАН).

Площадки с крутизной более 15°, близостью плоскостей сбросов,
сильной нарушенностью пород физико-геологическими процессами, просадочностью грунтов, осыпями, обвалами, плывунами, оползнями, карстом,
горными выработками, селями являются неблагоприятными в сейсмическом отношении, однако повышение сейсмичности площадки с целью учета неблагоприятных факторов не допускается. При необходимости строительства зданий и сооружений на таких площадках следует принимать дополнительные меры к укреплению их оснований и усилению конструкций.

По грунтовым условиям СНиП [4] грунты делят на 3 категории:

- для 1 -й категории балльность уменьшается на 1;

- для 2-й категории балльность остается неизменной;

- для 3-й категории балльность увеличивается на Е

К грунтам 1-й категории относятся:

- скальные грунты;

- крупнообломочные, плотные маловлажные из магматических пород, содержащих до 30 % песчано-глинистого заполнителя при уровне
грунтовых вод ниже 15 м от поверхности;

- выветренные и сильно выветренные скальные и нескальные твердомерзлые грунты, имеющие температуру минус 2 °С и ниже.

К грунтам 2-й категории относятся:

- скальные грунты выветренные и сильно выветренные;

- крупнообломочные, содержащие более 30 % песчано-глинистых
заполнений;

- пески гравелистые крупные и средней крупности, плотные и средней плотности сложения, маловлажные и влажные;

- пески мелкие и пылеватые, плотные и средней плотности сложения, маловлажные;

- пылевато-глинистые грунты с показателем текучести ^ < 0,5 при
коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 для супесей.

К грунтам 3-й категории относятся:

- пески рыхлые независимо от влажности;

- пески гравелистые крупные и средней крупности, плотные и сред-
ней плотности сложения, пылевато-глинистые водонасыщенные грунты с
показателем текучести больше 0,5;

- пылевато-глинистые грунты с показателем текучести меньше 0,5 при
коэффициенте пористости е > 0,9 для глин и суглинков и е > 0,7 для супесей.

На территории города, для которого осуществляют сейсмическое
микрорайонирование, желательно произвести специальные сейсмометрические наблюдения с помощью временных станций, благодаря которым
определяются соотношения амплитуд колебаний на разных грунтах во
время землетрясений. Значительную помощь могут оказать записи колебаний взрывов, выполняемых, например, в карьерах на расстоянии порядка
10 км, т е. на расстоянии, соизмеримом с гипоцентральным расстоянием
при землетрясении.

Если таких измерений не было, то для микрорайонирования желательно располагать значениями сейсмических жесткостей грунтов, определяемых с помощью измеренных скоростей распространения упругих волн.

Можно установить три основные схемы сейсмического микрорайонирования, при которых на территории города нельзя выделить участки, отличающиеся один от другого повышением или понижением сейсмичности на один балл. Для всей территории города в таком случае устанавливается одинаковая сейсмическая балльность. При этом, естественно, величина этой балльности равняется той, которая определяется для города общим сейсмическим районированием России. Хотя вся территория города по
первой схеме микрорайонирования имеет одинаковую балльность, тем не
менее весьма целесообразно выделить зоны, более или менее благоприятные в сейсмическом отношении. Такое деление на две или три зоны имеет
значение для планировки города и выбора направления его развития.

Вторая схема сейсмического микрорайонирования отличается тем, что территория может быть разделена на два района, отличающихся по
сейсмичности на один балл из-за различия грунтовых условий. В этой схеме могут быть два случая. В первом - балльность одного из районов принимается ниже сейсмичности города, установленной общим районированием России, а во втором - выше нее.

Третья схема сейсмического микрорайонирования предусматривает
деление территории города на три района, каждый из которых имеет отличную на один балл сейсмичность. В этом случае приращения балльности
между худшими и лучшими в сейсмическом отношении районами близки
к двум баллам. При этом обычно средний по сейсмической опасности район имеет сейсмичность равную сейсмичности города, определяемой общим районированием России, а худшие и лучшие районы имеют балльность, соответственно, большую и меньшую на один балл.

В настоящее время работы по сейсмическому микрорайонированию
включаются как обязательные в состав инженерных изысканий для строительства в сейсмоопасных регионах.

Сейсмическое микрорайонирование проводится в районах с сейсмичностью 7-9 баллов, а также на территориях, предназначенных для возведения особо ответственных сооружений в районах с сейсмичностью
6 баллов по карте сейсмического районирования России.

Объекты сейсмического микрорайонирования (территории городов и
других населенных пунктов) разделяются на пять классов по числу жителей: класс А - крупнейшие города с населением свыше 500 тыс. чел.; класс
Б - крупные города с населением от 250 тыс. чел.; класс В - большие города с населением 100-250 тыс. чел.; класс Г - средние города с населением
50-100 тыс. чел.; класс Д - малые города, поселки и сельские населенные
пункты с населением до 50 тыс. чел.

Для территорий курортных городов и населенных пунктов, где количество жителей существенно меняется в течение года, берется их максимальная численность.

Результатом работ по сейсмическому микрорайонированию является
карта сейсмического микрорайонирования (нормативный документ). Последняя входит в состав материалов, необходимых для разработки технико-экономических обоснований (ТЭО) и генеральных планов на территории с сейсмичностью 7 и более баллов, и является дополнением к схеме
планировочных ограничений и оценке существующего состояния окружающей среды. Площадь сейсмического микрорайонирования определяется с учетом перспективы развития населенного пункта или промышленного объекта.

Карту сейсмического микрорайонирования рекомендуется составлять в масштабах 1: 25 000, 1:10 000 или 1: 5000. Выбор масштаба карты
зависит от площади сейсмомикрорайонирования, сложности инженерно-
геологических условий и характера строительства.

Иногда масштаб действующей нормативной карты сейсмического
микрорайонирования при привязке конкретной строительной площадки (например, в пограничной зоне различных баллов) не позволяет однозначно
выявить наиболее благоприятные условия для размещения зданий и сооружений. В этом случае допускаются специальные работы для составления
схемы более крупного масштаба (1: 500, 1: 200) с целью уточнения сейсмических свойств грунтов оснований на конкретных участках строительства.

Сейсмическое микрорайонирование предусматривает работу следующих видов: сбор, анализ и обобщение материалов предшествующих
землетрясений; инженерно-геологические и макросейсмические исследования; инструментальные инженерно-сейсмологические и другие геофизические исследования. Инженерно-геологические исследования проводятся
для территорий объектов всех классов и являются основой для планирования инструментальных исследований. Инструментальные сейсмологические исследования выполняются на территории сейсмического микрорайонирования объектов всех классов для количественного прогноза характеристик сейсмического воздействия в различных инженерно-геологических
условиях. Для решения этой задачи применяется комплекс методов. Основные из них - регистрация и изучение землетрясений и взрывов; вспомогательные - изучение сейсмических жесткостей, расчет и анализ поля
микросейсм. Для территорий классов А, Б, В, Г и Д (если число жителей
больше 30 тыс. чел.) сейсмическое микрорайонирование выполняется комплексом перечисленных методов.

Для территории класса Д (если число жителей меньше 30 тыс. чел.) допускается, как исключение, использование только вспомогательных методов, комплексная интерпретация полученных данных, расчет характеристик сейсмических воздействий и составление карты сейсмического микрорайонирования.

Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию содержат
подробные указания, касающиеся проведения полевых, лабораторных и
инструментальных инженерно-геологических исследований, а также по
расчету спектральных характеристик среды и так называемых «синтетических» (осредненных) акселерограмм на участке сейсмического микрорайонирования; по порядку экспертизы и защиты карт сейсмического микро-
районирования, а также проведению сейсмического микрорайонирования в
особых условиях (районы распространения вечномерзлых грунтов и территории, пересеченные тектоническими разрывами).