Наурызбаев Е.М., Мынбай Д.К.

Южно-Казахстанский Государственный университет им. М.Ауезова

Анализ функционирования водоотводящих систем в сейсмоопасных регионах с учетом их экологической безопасности

Многие районы республики Казахстан относятся к зонам повышенной сейсмической активности. Поэтому знание характера и причин возникновения повреждений трубопроводов при сейсмических воздействиях необходимо для улучшения качества проектирования сейсмостойких сетей водоотведения.

Японские специалисты на основе анализа последствий сильных землетрясений, имевших место в Токио (с эпицентром Канто, 1923) дают весьма полную информацию о повреждениях различных сооружений, в том числе и элементов систем водоотведения [1,2]. Наибольшие повреждения наблюдались в трубопроводах, проложенных в слабых и неоднородных грунтах. Плотные грунты более благоприятны для труб, чем мягкие. Тем не менее, однородный мягкий грунт сравнительно благоприятен, чем грунты с чередованием плотных и мягких грунтов, которые приводят к колебаний грунта в различных местах и являются причиной больших повреждений трубопроводов. Серьезные повреждения наблюдались в трубопроводах, проложенных в слабых грунтах (торфяниках, на болотистом основании, в насыпях из растительного грунта и т.д.), на границах неоднородных грунтов, на негоризонтальных участках трубопроводов (склоны, неровная поверхность и т.д.). повреждения чаще проявлялись во влажных грунтах, а при высоком уровне грунтовых вод в песчаных, где происходит всплывание труб и повреждение стыков, вызываемые «текучестью песков».

При землетрясении в г.Ниигата (Япония) в 1964г. было повреждено много труб диаметром до 100мм, причем асбоцементные трубы малых диаметров ломались, а трубы большого диаметра из асбоцемента и чугуна выдерживали.

Это землетрясение повлекло к разрушительному повреждению элементов очистных сооружений. Что интересно, более тяжелые сооружения получили серьезные повреждения в результате осадки, а легкие каким-то образом всплывали, вероятно из - за свойства грунта основания и из-за близости грунтовых вод. Кроме этого оказалось, что круглые в плане сооружения более стойкие, а квадратные менее [3].

Землетрясение в г.Манагуа (Никарагуа) в 1972г. привело к значительному повреждению коммуникаций, а система водоснабжения полностью вышла из строя, что затруднило тушение пожаров, возникших при землетрясении [4].

В результате катастрофического землетрясения, происшедшего в Новой Зеландии в июне 1929г., а затем в феврале 1931г. интенсивностью 9 баллов, сети водоотведения, выполненные из керамических труб, получили серьезные повреждения на границах разноименных грунтов, а также в местах жесткой заделки их с фундаментом. Кроме того, деформация почвы привела к изменению уклонов сети водоотведения и возникновению контруклонов.

Землетрясением на острове Гавайи (США) 26 апреля 1978г. причинен ущерб в 6 миллионов долларов. Значительная часть ущерба нанесена повреждением автодорог, мостов, водопровода, канализации, линий электропередач и связи. Основной причиной такого большого разрушения подземных коммуникаций являлись слабые грунтовые условия [5].

В результате землетрясения в г. Сан - Фернандо (США) 9 февраля 1971г. получили значительные повреждения различные подземные сооружения: трубопроводы, резервуары и т.п. Степень разрушения резервуаров была различной: от повреждения отдельных узлов и элементов конструкции до полного разрушения сооружений. Наиболее характерными были разрушения участков стен в прямоугольных резервуарах, узлов сопряжения стен с днищем и покрытием, повреждения днища в местах опирания колонн. Отмечались разрушения монтажных стыков между элементами покрытия или стен (выкрашивался бетон, обнажались арматурные стержни в стыках). Происходило отслаивание внешнего торкретного защитного слоя на цилиндрических железобетонных резервуарах. Большинство из резервуаров восстановить было невозможно.

Большой интерес для анализа представляют фактические материалы о повреждениях подземных трубопроводов в результате 8-балльного землетрясения в г.Ташкенте (1966). К этому времени сеть водоотведения Ташкента, выполненная из керамических, асбоцементных, чугунных и железобетонных труб диаметром от 150 до 1700мм, имела протяженность 258км. Анализ аварий показал, что деформации стыков под действием сейсмических сил происходили, главным образом, из-за неодинакового перемещения трубопроводов относительно грунта в момент действия землетрясения, в результате чего происходило выкрашивание или выпирание жесткой стыковой заделки раструбов различной конструкции, выполненной песчаным или асбоцементным растворами. Стальные, чугунные, асбоцементные и железобетонные трубы переломов не имели. Вместе с тем значительное число раструбных керамических труб канализации подвергались переломам как в зоне эпицентра, так и вне его.

В зоне 6-7 баллов аварийность труб резко падает и составляет для труб диаметром 150–0,581ав/км. Это доказывает, что основным фактором, влияющим на перелом труб, явилось мощное срезывающее усилие, вызванное вертикальными сейсмическими нагрузками.

Литература

1. By Yasuhiko Kobayshi. Special features of water supply structures in regions of high seismic activity Lapan. -Tokyo. –1961. -№26. –Р. 67-68.

2. Reports of the imperial Earthquake infestation Gomittl № 100. -Tokyo. -1926. –Р. 81-83.

3. Martin G.R. Soil stability IN St Ro Nq Earthquakes Consultiuq Ergineer. –1978. -№ 5. -Р. 30-40.

4. Smith W.H. Managua earthquake: lessons learned «Civil Engineering», 1974, V. 44, № 9. -Р.102-104.

5. Бурман И.Н. Результаты обследования последствий землетрясений в Америке и Японии. В кн. : Анализ последствий землетрясений. –М.: ЦНИИ СК им. Кучеренко. -1982. -С. 95-109.