Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Механика грунтов, основания и фундаменты

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 788663.02.99
Доступ онлайн
838 ₽
В корзину
Даны сведения о природе грунтов и их физических свойствах, изложена теория предельного напряженного состояния грунтов, показаны основные закономерности механики грунтов, динамика дисперсных грунтов и расчет осадки фундаментов. Описаны общие принципы проектирования оснований и фундаментов. Приведена методика анализа и выбора конструктивных решений фундаментов в открытых котлованах на естественном основании. Рассмотрена методика проектирования свайных фундаментов и котлованов, показаны инженерные методы преобразования строительных свойств. Для студентов вузов строительных специальностей. Может быть полезно инженерно-техническим работникам строительных организаций и предприятий.
Шведовский, П. В. Механика грунтов, основания и фундаменты : учебное пособие / П. В. Шведовский, П. С. Пойта, Д. Н. Клебанюк. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 676 с. - ISBN 978-5-9729-0767-0. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1903431 (дата обращения: 13.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

П. В. ШВЕДОВСКИЙ
П. С. ПОЙТА Д. Н. КЛЕБАНЮК





МЕХАНИКА ГРУНТОВ, ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ


Учебное пособие














Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 624.131+624.15(075.8)
ББК 38.58
     Ш34




Рецензенты:
кафедра геотехники и экологии в строительстве Белорусского национального технического университета; кандидат технических наук, доцент кафедры строительных технологий и конструкций Белорусского государственного университета транспорта В. В. Талецкий






       Шведовский, П. В.
Ш34 Механика грунтов, основания и фундаменты : учебное пособие / П. В. Шведовский, П. С. Пойта, Д. Н. Клебанюк. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 676 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0767-0

     Даны сведения о природе грунтов и их физических свойствах, изложена теория предельного напряженного состояния грунтов, показаны основные закономерности механики грунтов, динамика дисперсных грунтов и расчет осадки фундаментов. Описаны общие принципы проектирования оснований и фундаментов. Приведена методика анализа и выбора конструктивных решений фундаментов в открытых котлованах на естественном основании. Рассмотрена методика проектирования свайных фундаментов и котлованов, показаны инженерные методы преобразования строительных свойств.
     Для студентов вузов строительных специальностей. Может быть полезно инженерно-техническим работникам строительных организаций и предприятий.

                                              УДК 624.131+624.15(075.8)
                                              ББК 38.58




ISBN 978-5-9729-0767-0

       © Шведовский П. В., Пойта П. С., Клебанюк Д. Н., 2022
       © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                             © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

                ОГЛАВЛЕНИЕ





ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ................................12
ПРЕДИСЛОВИЕ..................................................16
ВВЕДЕНИЕ.....................................................18
1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ, СОСТАВ И СОСТОЯНИЕ ГРУНТОВ.................22
1.1. Строительная классификация грунтов......................22
1.2. Состав грунтов..........................................26
1.3. Вода в грунтах, ее виды и свойства......................28
1.4. Газообразная составляющая грунта........................30
1.5. Влияние состава грунта на физико-механические свойства..31
1.6. Структурные связи и строение грунтов....................33
1.7. Структура и текстура грунтов............................34

2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРУНТОВ.............................................36
2.1. Основные физические характеристики грунтов..............36
2.2. Производные характеристики грунтов......................38
2.3. Плотность сыпучих грунтов...............................41
2.4. Гранулометрический состав...............................42
2.5. Пластичность глинистых грунтов..........................44
2.6. Понятие об оптимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности грунта...............................45

3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ...................47
3.1. Механические свойства грунтов...........................47
3.2. Сжимаемость грунтов.....................................48
  3.2.1. Физические представления............................48
  3.2.2. Компрессионная зависимость..........................48
  3.2.3. Коэффициент относительной сжимаемости...............50
  3.2.4. Структурная прочность грунта........................52
  3.2.5. Закон уплотнения и линейная деформируемость грунта..53
  3.2.6. Общий случай компрессионной зависимости.............54
   3.2.7. Определение модуля общей деформации грунта с помощью компрессионной кривой...........................56
3.3. Водопроницаемость грунтов...............................57
  3.3.1. Закон ламинарной фильтрации.........................57
  3.3.2. Понятие о начальном градиенте.......................58
  3.3.3. Определение коэффициента фильтрации.................59
  3.3.4. Модель водонасыщенного грунта.......................61
  3.3.5. Понятие об эффективном и нейтральном давлении.......62
3.4. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона..............63

3

   3.4.1. Сопротивление сдвигу сыпучих грунтов...................63
   3.4.2. Сопротивление сдвигу связных грунтов...................65
   3.4.3. Условия предельного равновесия сыпучих и связных грунтов.............................................67
   3.4.4. Испытание грунтов на сдвиг при простом и трехосном сжатии.69
3.5. Структурно-фазовая деформируемость грунтов..................74
   3.5.1. Принцип линейной деформируемости.......................75
3.6. Полевые методы определения характеристик деформируемости и прочности......................................................76
3.7. Особенности свойств структурно-неустойчивых грунтов.........85

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГРУНТОВОЙ ТОЛЩЕ......................95
4.1. Напряжения от действия сосредоточенной силы (основная задача)..95
4.2. Напряжения от нескольких сосредоточенных сил................98
4.3. Определение сжимающих напряжений способом элементарного суммирования.....................................................99
4.4. Определение сжимающих напряжений по методу угловых точек.......100
4.5. Влияние формы и площади загрузки...............................103
4.6. Распределение напряжений в случае плоской задачи...........104
4.7. Распределение напряжений по подошве фундаментов (контактная задача)..............................................108
4.8. Определение напряжений от собственного веса грунта.........112

5. ТЕОРИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ
   И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЕ..............................................115
5.1. Понятие о предельном напряженном состоянии (равновесии) грунта.115
5.2. Уравнения предельного равновесия...........................115
5.3. Фазы напряженного состояния грунтов при возрастании нагрузки...116
5.4. Поверхности скольжения грунта..............................117
5.5. Начальная критическая нагрузка на грунт....................118
5.6. Предельная нагрузка на грунт...............................121
5.7. Устойчивость грунтов в откосах и склонах...................123
   5.7.1. Основные понятия и причины нарушения устойчивости откосов .... 123
   5.7.2. Устойчивость откоса сыпучего грунта...................124
   5.7.3. Устойчивость вертикального откоса в предельно связных грунтах. ...125
   5.7.4. Устойчивость откосов по теории предельного равновесия.....126
5.8. Графоаналитические методы расчета устойчивости откосов (метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения).............128
5.9. Устойчивость прислоненных откосов..............................130
5.10. Меры борьбы с оползнями.......................................131
5.11. Определение давления грунта на подпорные стенки и их расчет...132
   5.11.1. Конструкции подпорных стен...............................132
   5.11.2. Аналитический метод определения давления грунта на подпорную стенку..........................................135

4

   5.11.3. Определение давления грунта на подпорные стенки методом теории предельного равновесия.......................143
   5.11.4. Графоаналитический метод определения давления грунта на подпорную стенку.........................................143
   5.11.5. Расчет подпорных стен.....................................146
   5.11.6. Расчет устойчивости положения стены против сдвига.........147
   5.11.7. Расчет устойчивости подпорной стены на опрокидывание......149
   5.11.8. Особенности расчетов гибких незаанкеренных подпорных стенок............................................149
   5.11.9. Расчет подпорной стенки в стадии предельного равновесия...150

6. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ И ПРОГНОЗ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ.........................................152
6.1. Виды деформаций и их причины....................................152
6.2. Упругие деформации грунтов и методы их определения..............154
   6.2.1. Условия возникновения упругих деформаций...................154
   6.2.2. Метод общих упругих деформаций.............................155
   6.2.3. Метод местных упругих деформаций...........................159
   6.2.4. Обобщенные методы определения деформаций..............160
6.3. Прогноз осадок фундаментов.................................161
   6.3.1. Общие положения............................................161
   6.3.2. Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке (основная задача).162
   6.3.3. Метод послойного суммирования..............................163
   6.3.4. Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины.........167
   6.3.5. Метод эквивалентного слоя грунта...........................170
   6.3.6. Определение крена плитных фундаментов......................172
6.4. Прогноз изменения осадок во времени.............................174
   6.4.1. Общие положения............................................174
   6.4.2. Основные допущения фильтрационной консолидации.............175
   6.4.3. Одномерная задача консолидации грунтов (основной случай)...178
   6.4.4. Другие случаи одномерной задачи консолидации...............180
   6.4.5. Учет структурной прочности скелета грунта и сжимаемости газосодержащей поровой воды...................185
   6.4.6. Учет начального гидравлического градиента напора......186
   6.4.7. Вторичная консолидация................................188
   6.4.8. Плоская и пространственная задачи теории фильтрационной консолидации грунтов.........................................190

7. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГРУНТАХ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ...............199
7.1. Реологические явления в грунтах............................199
7.2. Физические причины протекания реологических процессов в грунтах .... 200
7.3. Длительная прочность грунта и релаксация напряжений.............201
7.4. Деформации ползучести грунта при уплотнении.....................203

5

7.5. Определение осадки во времени квазиоднофазных, двухфазных и многофазных грунтов..........................................206
7.6. Инженерный метод прогноза суммарных осадок уплотнения и ползучести оснований фундаментов сооружений..................208
7.7. Вопросы нелинейной механики грунтов........................209

8. ДИНАМИКА ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ..................................212
8.1. Общие сведения о динамических воздействиях на грунт........212
8.2. Влияние отдельных факторов на свойства грунта при динамических воздействиях..................................214
8.3. Модели основания при динамических воздействиях................218
8.4. Изменение свойств грунтов при динамических воздействиях....223
8.5. Учет динамических свойств грунтов при расчете фундаментов.....227
8.6. Учет динамических свойств грунтов при расчете фундаментов на колебание...................................................229
8.7. Определение упругих и демпфирующих характеристик естественного основания.........................................231
8.8. Прочностные характеристики грунтов при динамических нагрузках.233

9. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ..................................................234
9.1. Основные принципы проектирования...........................234
9.2. Исходные данные, необходимые для проектирования оснований и фундаментов..................................................235
9.3. Анализ инженерно-геологических условий, их влияние на варианты фундаментов.........................................236
9.4. Классы геотехнического риска условий строительства.........239
9.5. Категории сложности оснований фундаментов..................241
9.6. Уровни ответственности зданий и сооружений по надежности...243
9.7. Виды деформаций зданий и сооружений........................247
9.8. Причины развития неравномерных осадок сооружений...........248
   9.8.1. Основные слагаемые осадок фундаментов.................248
   9.8.2. Неравномерные осадки уплотнения.......................249
   9.8.3. Неравномерные осадки уплотнения и выпирания...........251
   9.8.4. Неравномерные осадки расструктурирования..............251
   9.8.5. Неравномерные осадки в период эксплуатации сооружений.255
9.9. Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и их влияния на сооружения......................................259

10. ФУНДАМЕНТЫ В ОТКРЫТЫХ КОТЛОВАНАХ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ.......................................262
10.1. Типы и конструкции фундаментов............................262
   10.1.1. Общие положения......................................262
   10.1.2. Виды фундаментов, материалы для их устройства...........262

6

    10.1.3. Конструкции сборных фундаментов.....................265
    10.1.4. Конструкции монолитных фундаментов..................267
10.2. Защита подвальных и надземных конструкций помещений от подземных вод и сырости.......................................268
10.3. Последовательность проектирования оснований и фундаментов...274
10.4. Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах..............276
10.5. Расчет фундаментов мелкого заложения......................278
    10.5.1. Назначение глубины заложения фундаментов............278
    10.5.2. Определение формы и размеров подошвы фундаментов......284
    10.5.3. Определение расчетного сопротивления грунта основания.290
    10.5.4. Проверка прочности подстилающего слоя...............296
    10.5.5. Проектирование оснований по несущей способности.....297
10.5.6. Расчет ленточных плитных фундаментов и стен заглубленных помещений...............................302
    10.5.7. Конструктивные требования при проектировании плитных фундаментов.................................................305
10.6. Особенности расчетов стен подвалов........................306
10.7. Особенности проектирования фундаментов малоэтажных зданий.308
10.8. Расчет гибких фундаментов как конструкций на сжимаемом основании...........................................309
10.8.1. Основные предпосылки расчета и предварительный подбор сечения фундамента...................................309
    10.8.2. Расчет по методу местных упругих деформаций.........311
    10.8.3. Расчет по методу упругого полупространства..........313
    10.8.4. Расчет фундаментных балок и плит по теории Б. Н. Жемочкина ....315
    10.8.5. Расчет балок по теории М. И. Горбунова-Посадова.......319
    10.8.6. Расчет фундаментных балок по теории И. А. Симвулиди...320

11.  СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ.........................................322
11.1. Классификация свай и свайных фундаментов..................322
11.2. Предварительно изготовленные сваи.........................326
11.3. Сваи, изготавливаемые в грунте............................330
    11.3.1. Набивные сваи.......................................330
    11.3.2. Буровые сваи........................................338
    11.3.3. Другие виды свай....................................346
11.4. Взаимодействие свай с окружающим грунтом..................349
11.5. Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов..............................................353
    11.5.1. Исходные данные для проектирования..................353
    11.5.2. Основные указания по расчету........................354
11.6. Расчет несущей способности свай при действии вертикальных нагрузок.............................................356
11.7. Расчет несущей способности свай при действии горизонтальных нагрузок.............................370

7

11.8. Расчет и проектирование свайных фундаментов................372
    11.8.1. Выбор конструкции свайных фундаментов................372
    11.8.2. Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане.374
    11.8.3. Расчет осадки свайного фундамента....................378
    11.8.4. Расчет свайных ростверков............................382
    11.8.5. Особенности проектирования свайно-плитных фундаментов.......382

12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ИСКУССТВЕННЫХ ОСНОВАНИЙ......................................................384
12.1. Общие положения............................................384
12.2. Исходные данные для проектирования уплотненных оснований и фундаментов..................................................388
12.3. Поверхностные методы уплотнения грунтов....................389
    12.3.1. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками..............390
    12.3.2. Назначение диаметра и массы трамбовки................392
    12.3.3. Выбор схемы уплотнения грунтов.......................393
    12.3.4. Уплотнение укаткой и трамбующими механизмами.........396
    12.3.5. Уплотнение подводными взрывами.......................398
    12.3.6. Вытрамбовывание котлованов...........................398
12.4. Глубинные методы уплотнения грунтов........................400
    12.4.1. Уплотнение песчаными сваями..........................400
    12.4.2. Уплотнение грунтовыми сваями.........................402
    12.4.3. Известковые сваи.....................................404
    12.4.4. Уплотнение глубинными вибраторами....................405
    12.4.5. Уплотнение грунта статической нагрузкой..............407
12.5. Физико-механические методы закрепления грунтов.............407
    12.5.1. Уплотнение грунтов водопонижением....................408
    12.5.2. Уплотнение предварительным замачиванием..............408
    12.5.3. Инъекционное закрепление грунтов растворами..........410
    12.5.4. Термический метод закрепления грунтов................413
12.6. Конструктивные методы улучшения свойств грунтов основания..414
    12.6.1. Устройство грунтовых подушек.........................414
    12.6.2. Шпунтовые ограждения.................................418
    12.6.3. Армирование грунтов..................................419
    12.6.4. Армирующие геосинтетические материалы (геосинтетики).419
    12.6.5. Устройство оснований, армированных геосинтетическими материалами................................................420
    12.6.6. Расчет армированных оснований........................421
12.6.7. Технология производства работ при устройстве армированных оснований......................422

13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ....................................423
13.1. Обеспечение устойчивости стен котлована....................423
    13.1.1. Расчет ограждения котлованов.........................436

8

13.2. Осушение котлованов..........................................438
13.3. Подготовка оснований к устройству фундаментов................445
14. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ (ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ).............................449
14.1. Классификация фундаментов...............................449
14.2. Особенности работы оснований фундаментов глубокого заложения.450
14.3. Опускные колодцы........................................452
    14.3.1. Область применения................................452
    14.3.2. Конструктивные решения............................453
    14.3.3. Погружение опускных колодцев......................458
    14.3.4. Расчет опускных колодцев..........................461
14.4. Кессоны.................................................467
14.5. Тонкостенные оболочки и буровые опоры...................470
14.6. Плитные фундаменты с анкерами...........................473

15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА СЛОЖНЫХ ОСНОВАНИЯХ ИЗ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ГРУНТОВ..........................477
15.1. Общие положения.........................................477
15.2. Фундаменты на биогенных грунтах.........................477
    15.2.1. Заторфованные грунты и торфы......................478
    15.2.2. Расчет осадки торфяной залежи.....................479
    15.2.3. Особенности устройства фундаментов................481
    15.2.4. Свойства илов и сапропелей........................484
    15.2.5. Особенности проектирования и строительства фундаментов на илистых грунтах.......................................486
15.3. Структурно-неустойчивые грунты..........................488
    15.3.1. Лессовые просадочные грунты.......................488
    15.3.2. Характеристики просадочных свойств................490
    15.3.3. Расчет просадочных деформаций.....................492
    15.3.4. Принципы строительства на просадочных грунтах.....494
15.3.5. Конструктивные мероприятия при строительстве на просадочных грунтах....................................494
    15.3.6. Способы устранения просадочных свойств грунтов....495
    15.3.7. Фундаменты на набухающих грунтах..................497
    15.3.8. Улучшение свойств оснований.......................500
15.4. Сезоннопромерзающие и многолетнемерзлые грунты..........501
    15.4.1. Свойства мерзлых грунтов..........................501
    15.4.2. Механические свойства мерзлых грунтов.............503
    15.4.3. Прочностные и деформационные свойства мерзлых грунтов при оттаивании...........................................504
    15.4.4. Устройство фундаментов на сезоннопромерзающих грунтах..505
    15.4.5. Строительство фундаментов на многолетних мерзлых грунтах . ... 507

9

15.5. Особенности свойств засоленных грунтов и устройство фундаментов на них.......................................................511
15.6. Слабые глинистые и малопрочные песчаные грунты...........514
    15.6.1. Фундаменты на ленточных озерно-ледниковых глинистых грунтах.........................................515
    15.6.2. Устройство фундаментов зданий и сооружений на малопрочных песчаных основаниях........................516
15.7. Проектирование фундаментов на основаниях из искусственных грунтов......................................518
    15.7.1. Особенности строительства на насыпных грунтах......519
    15.7.2. Свойства намывных грунтов и их особенности.........525
    15.7.3. Особенности проектирования и устройства фундаментов на намывных территориях...................................526

16. СТРОИТЕЛЬСТВО НА СКАЛЬНЫХ, ЭЛЮВИАЛЬНЫХ ГРУНТАХ, ЗАКАРСТОВАННЫХ И ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ..................................................532
16.1. Основные свойства скальных грунтов и особенности строительства на них.............................532
16.2. Основные свойства элювиальных грунтов и особенности строительства на них............................534
16.3. Особенности строительства на закарстованных территориях..539
16.4. Особенности строительства на подрабатываемых территориях.544

17. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ................................548
17.1. Основные положения расчета...............................548
    17.1.1. Расчет по первой группе предельных состояний.......549
    17.1.2. Расчет по второй группе предельных состояний.......551
    17.1.3. Основные требования при проектировании фундаментов под машины................................................552
17.2. Фундаменты в сейсмических районах........................553
    17.2.1. Основные положения расчетов........................553
    17.2.2. Особенности проектирования фундаментов.............557
17.3. Особенности проектирования фундаментов высотных и уникальных зданий и сооружений.............................562

18. РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ И УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ.........................................564
18.1. Причины, вызывающие необходимость реконструкции фундаментов и усиление оснований..............................564
18.2. Обследование оснований и фундаментов.....................565
18.3. Основные методы усиления оснований и фундаментов.........570

10

    18.3.1. Способы упрочнения грунтов оснований...............571
    18.3.2. Традиционные способы усиления фундаментов..........574
    18.3.3. Современные способы усиления фундаментов...........578
    18.3.4. Особенности реконструкции фундаментов при воздействии сил морозного пучения..............587
18.4. Проектирование фундаментов вблизи существующих зданий..589
18.5. Особенности проектирования усиления и реконструкции фундаментов и оснований................596

19. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО ЕВРОПЕЙСКИМ НОРМАМ (EN)................600
19.1. Общие сведения.........................................600
19.2. Особенности проектирования оснований
    и строительных конструкций по предельным состояниям в EN.601
    19.2.1. Общая характеристика предельных состояний........601
19.2.2. Предельные состояния, рассматриваемые при геотехническом проектировании....................602
    19.2.3. Основные подходы к методам расчетов по предельным состояниям...........................603
    19.2.4. Сравнительный анализ расчетов оснований и фундаментов по национальным и Европейским нормам...............606

20. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ
   ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ................608
21. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ.
   ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ...................................609
21.1. Экологические требования при проектировании и устройстве оснований и фундаментов...................609
21.2. Цели, задачи, состав и объем геотехнического мониторинга.611
21.3. Научно-техническое сопровождение строительства...........613

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................615
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................616
ГЛОССАРИЙ......................................................617
ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................627
ПРИЛОЖЕНИЕ I...................................................628
ПРИЛОЖЕНИЕ II..................................................641
ПРИЛОЖЕНИЕ III.................................................667
ПРИЛОЖЕНИЕ IV..................................................669

11

                ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ





            Прописные буквы


    А -   площадь, амплитуда колебаний
    В -   жесткость, ширина подвала, объекта, территории
    С - класс бетона, фиксированное значение, константа
    Cz, Cx - коэффициенты жесткости основания упругого равномерного и неравномерного сжатия; коэффициент постели
    Cv -  коэффициент консолидации
    Cᵥ, Cᵥ - коэффициенты равномерного и неравномерного сдвига
    Cс -  коэффициент компрессии
    D -   диаметр круга
    DL - отметка планировки
    Е, Ео - модуль упругости, деформации
    EJ -  жесткость фундаментной балки
    Еа, Еп - равнодействующая активного и пассивного давления грунта
    Eоб - модуль объемной деформации
    F - расчетное значение силы предельного сопротивления основания, сила, воздействие
    Fd -  несущая способность сваи
    Fu -  несущая способность грунта
    FL -  отметка подошвы фундамента
    G - собственный вес, постоянное воздействие, модуль сдвига
    H -   высота объекта, действующий напор
    Hc -  глубина сжимаемой толщи
    HL -  нижняя граница сжимаемой толщи
    JP -  число пластичности
    J -   момент инерции
    Jd -  относительная плотность
    Jl -  показатель текучести (консистенции)
    Id -  показатель динамической уплотненности
    L -   длина объекта или его частей
    M -   изгибающий, крутящий момент, масса
    N -   осевая (вертикальная) сила, нагрузка
    NL - отметка поверхности природного рельефа
    Ny, Nq, Nc - табличные коэффициенты несущей способности грунта
    Po, P, Pu - эффективное, нейтральное, полное давление, предельная нагрузка
    Pk -  капиллярное давление
    Q -   переменное воздействие
    R, Rt - расчетное сопротивление грунта, радиус искривления поверхности основания, сооружения, длительная прочность грунта


12

R о, R c - условное расчетное сопротивление грунта и предел прочности на
           сжатие скальных грунтов соответственно                       
Rz, Rx -   соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие    
           равнодействующей реакций упругого основания                  
S -        статический момент, внутреннее усилие, класс арматуры        
Sr -       степень влажности                                            
St -       осадка во времени                                            
T -        горизонтальная сила, сила трения                             
U -        степень консолидации; показатель изменений                   
V -        поперечная (перерезывающая) сила, объем                      
W -        момент сопротивления, влажность, влагоемкость                
WL -       уровень подземных вод                                        
Г -        гибкость фундаментной балки, интенсивность деформаций сдвига 
e -        сумма нормальных напряжений                                  

X, Y, Z - координаты



            Строчные буквы


    а - расстояние, геометрический размер
    b - ширина (меньший размер) подошвы фундамента
    с - удельное сцепление
    ci, С2 - скорость распространения продольных, поперечных волн
    d - глубина заложения фундамента, диаметр круга, рабочая высота сечения
    dfn, df, dw - нормативная, расчетная глубины сезонного промерзания грунта и глубина уровня подземных вод соответственно
    e - коэффициент пористости, эксцентриситет
    f - прочность бетона (материала), коэффициент трения
    h - высота, толщина слоя грунта
    i - крен, обозначение элемента; гидравлический градиент
    к - поправочный коэффициент
    kf- коэффициент фильтрации
    l - длина (больший размер) подошвы фундамента, размер (больший) пролета конструкций
    m - масса, коэффициент сжимаемости грунта, объем твердых частиц в единице объема
    mᵥ , mo - коэффициент сжимаемости, относительной сжимаемости
    n - пористость, число, отклонение, безразмерный параметр
    q - равномерно распределенная вертикальная нагрузка
    qс - сопротивление грунта конусу при статическом зондировании
    p, pe , pstr - давление, давление связности, интенсивность нагрузки, структурная прочность
    pd - условное сопротивление грунта конусу при динамическом зондировании

13

    r - перемещение, радиус
    5, As - осадка основания, разность осадок соответственно
    t - толщина, время
    и - периметр, горизонтальное перемещение, избыточное поровое давление
    v, vf - скорость потока, фильтрации
    w - перемещение, ширина раскрытия трещин, угловая частота, влажность
    x, y, z - координаты, разность значений координат
    а - угол, отношение, доверительная вероятность, коэффициент затухания напряжений
    Р, 5 - угол, коэффициент, отношение
    у - удельный вес
    уf> Уm, Уч, Уn, Уc - коэффициенты надежности по нагрузке, материалу, грун-
        ту, назначению сооружения, условий работы соответственно
    е - деформация (в том числе относительная)
    еsi - коэффициент относительной просадочности
    X - отношение, относительная неравномерность осадок
    v, vo - коэффициент бокового расширения (Пуассона), относительной погрешности деформации
    ^ - относительная глубина; коэффициент бокового давления грунта
    р - плотность, кривизна
    о, Оа, Он - нормальные напряжения, активное и пассивное давление
    т - касательные напряжения
    Ф - угол внутреннего трения



            Индексы


v, h -   активные вертикальная и горизонтальная составляющие силы
crit -   критический                                             
d -      расчетное значение                                      
в -      восстановление                                          
A -      область изменения (разность характеристик)              
m -      материал, среднее значение, изгиб                       
max -    максимум                                                
min -    минимум                                                 
P, P -   усилие, давление                                        
sup -    верхнее значение                                        
iuf -    нижнее значение                                         
и -      предельное значение                                     
pzp ---  прогнозируемое давление при приложении нагрузок         
natp --- природное давление                                      

14

            Единицы измерения


пространство - м (см, мм), м2 (см2, мм2), м3 (см3, мм3)
масса -        кг, г                                   
сила, вес -    Н, кН, МН, ГН                           
момент силы -  Н • м, кН • м                           
плотность -    г/см3, кг/м3, г/м3                      
удельный вес - н/м3, кН/м3 МН/м3                       

напряжение, давление, прочность - Па, кПа, МПа

коэффициент фильтрации - м/сут      
коэффициент постели -    Н/м3, кН/м3

15

                ПРЕДИСЛОВИЕ





    Любое здание и сооружение строится на грунтовом основании, возводится из грунта как строительного материала или располагается в грунтовом массиве, поэтому его нормальная эксплуатация определяется не только конструктивными особенностями, но и свойствами грунта и условиями взаимодействия с основаниями.
    Грунты основания обычно обладают в тысячи раз большей деформативно-стью и в сотни раз меньшей прочностью, чем материалы, из которых возводятся сооружения, поэтому надежная эксплуатация последних в значительной степени зависит от величины неравномерности деформаций грунтов оснований. Следствием неправильной оценки характера инженерно-геологических условий и строительных свойств грунтов часто являются большие деформации конструкций сооружений и даже их полное разрушение.
    Деформации грунтов в основании в значительной степени зависят от нагрузки по подошве фундаментов. В связи с этим при проектировании фундаментов конструкции и размеры их в плане необходимо выбирать с учетом совместной работы грунтов основания и конструкций сооружения.
    Стоимость работ по подготовке оснований и устройству фундаментов обычно составляет 5...10 % от общей стоимости объекта, а при сложных грунтовых условиях она может превысить 40 %.
    При этом надежность оснований и фундаментов и стоимость работ по их устройству в значительной степени зависят от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойства грунтов в основаниях, совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения, а также от рационального выбора типа основания и фундаментов, их размеров и технологии выполнения работ.
    Исходя из этого, основными задачами учебного курса является помощь студенту в освоении методик:
    -  правильной оценки возможных геодинамических процессов, свойств грунтов, возможности их деформации и потери устойчивости под действием нагрузок;
    -  разработки мер по уменьшению или исключению воздействия геодинамических процессов на возводимые сооружения;
    -  улучшения, в случае необходимости, строительных качеств грунтов для возможности использования их в основании;
    -  определения рациональных размеров фундаментов и вида подземных конструкций сооружений;
    -  выбора методов устройства фундаментов, при которых не нарушается структура грунтов в основании в период строительства.
    В пособии рассматриваются физико-механические свойства грунтов, гео-динамические процессы и влияние их на сооружения, инженерногеологические изыскания, распределение напряжений и деформаций грунтов в основаниях сооружений, устойчивость массивов грунтов. Приведены основ

16

ные принципы и методы проектирования фундаментов, устройство фундаментов в особо сложных условиях и при динамических воздействиях, приемы упрочнения слабых грунтов оснований, особенности возведения и реконструкции фундаментов, методика экономической оценки принимаемых решении.
     Изучение этих материалов позволит будущему инженеру-строителю научиться правильно оценивать инженерно-геологические условия, проектировать основания и фундаменты, выполнять работы по их устройству и совершенствовать проектные и технологические решения в области фундаментостроения, обеспечивающие экономию материально-трудовых ресурсов и сокращение сроков строительства.
     Настоящее учебное пособие базируется на учебных пособиях «Механика грунтов» (издано в 2019 году) и «Основания и фундаменты» (издано в 2020 году издательством «Вышэйшая школа» (г. Минск)), написанных творческим коллективом преподавателей кафедры геотехники и транспортных коммуникаций Брестского государственного технического университета под руководством д. т. н., профессора П. С. Пойты.
     Пособие может быть использовано студентами всех строительных специальностей, а также будет полезно инженерно-техническим, научным работникам и аспирантам, специализирующимся в области строительной индустрии.
     Авторы с благодарностью воспримут все замечания и отзывы по книге, которые просят присылать по адресу: Республика Беларусь, 224017, г. Брест, ул. Московская, 267, БрГТУ.
Электронная почта: ofig@bstu.by

17

                ВВЕДЕНИЕ





            Исторический обзор становления и развития дисциплины «Механика грунтов, основания и фундаменты»


    Умение устраивать основания и фундаменты появилось в глубокой древности и развивалось с искусством постройки самих сооружений.
    Еще римский архитектор и военный инженер Витрувий (I в. до н. э.) в своих трудах «Десять книг об архитектуре» подчеркивал важность устройства надежных фундаментов.
    В эпоху феодализма трудом крепостных крестьян создавались замки, монастыри и города, для укрепления которых возводились высокие толстые стены и башни, передававшие значительное давление на основание. Примером таких сооружений может служить Московский Кремль, построенный из камня и кирпича в XV в.
    Выдающийся итальянский зодчий эпохи Возрождения Андреа Палладио в своем тракте «Четыре книги об архитектуре» (1570) предостерегал строителей от ошибок, касающихся устройства фундамента, придавал особое значение вопросам их возведения на прочном основании. Он писал, что «из всех ошибок, происходящих на постройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундамента, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются только с величайшим трудом...». Поэтому он рекомендует закладывать фундаменты в «твердой почве» на глубину, равную одной шестой высоты здания, а в слабых грунтах применять дубовые сваи и забивать их до «хорошей и крепкой земли». Если это невозможно, то он советует применять «сваи длиной в одну восьмую вышины стены и толщиною в двенадцатую долю своей длины» и «ставить их настолько тесно, чтобы между ними не оставалось места для других, и вбивать ударами скорее частыми, чем тяжелыми, для того, чтобы земля под ними плотнее улеглась и лучше держала».
    Следует отметить, что в старинных трудах по строительному делу и архитектуре встречаются лишь практические рекомендации, относящиеся к области фундаментостроения, которые были выработаны на основе многолетнего опыта. Вопросы же теоретического характера не освещались.
    Французский ученый Шарль Огюстен де Кулон впервые в 1773 г. предложил решение задачи о сопротивлении грунтов сдвигу и их давлении на подпорные стенки, которое не утратило своего значения и до настоящего времени. Но только в середине XIX в. был изобретен железобетон, который вскоре нашел широкое применение в фундаментостроении. Что касается вклада в этой области русских ученых и специалистов, то следует отметить, что академик Н. И. Фусс (1801), изучая колееобразование на грунтовых дорогах, впервые высказал мысль о пропорциональной зависимости деформаций грунтов от нагрузки. Он считал, что эти деформации имеют остаточный характер и возникают лишь в пределах площади действия нагрузки. Такое же предположение было сделано и Винклером в 1867 г., который считал деформации грунта упругими и ввел для определения их величи

18

ны коэффициент пропорциональности, получивший название коэффициента постели. Однако в настоящее время его применение резко сократилось в связи с разработкой учеными более совершенной теории расчета фундаментных балок и плит на упругом (линейно деформируемом) основании.
    Особое место среди печатных работ того времени занимает опубликованный в 1869 г. труд В. М. Карловича «Основания и фундаменты», который являлся первым ученым трактатом в области данной специальности не только у нас, но и за рубежом.
    Известный русский ученый В. И. Курдюмов в опытах на моделях впервые выявил криволинейный характер поверхностей скольжения, образующихся в сыпучих грунтах при вдавливании жесткого фундамента или штампа. Результаты этих исследований были опубликованы в его работе «О сопротивлении естественных оснований» (1889). П. А. Миняев также показал возможность применения теории упругости к расчету напряжений в сыпучих грунтах (1916).
    Большой вклад в развитие фундаментостроения внес выдающийся советский ученый Н. М. Герсеванов. Ему принадлежат важнейшие разработки по различным проблемам механики грунтов, собранные в его труде «Основы динамики грунтовой массы» (1931) и в написанном им совместно с Д. Е. Поль-шиным труде «Теоретические основы механики грунтов и их практические применения» (1948). Герсеванов опубликовал формулу для определения сопротивления свай по результатам динамических испытаний (1917) и впервые высказал соображения о целесообразности перехода к расчету по допускаемым осадкам вместо расчета по допускаемым нагрузкам.
    Вопросы оценки деформаций грунтов и расчета осадки фундаментов нашли свое развитие в трудах Н. М. Герсеванова, Н. А. Цытовича, В. А. Флорина, Н. Н. Маслова, М. Н. Гольдштейна, К. В. Егорова, Б. И. Далматова и других ученых. Исследования ползучести грунтов освещены в работах С. С. Вялова, С. Р. Месчана, Ю. К. Зарецкого, А. Я. Будина и др.
    Много работ выполнено по оценке свойств и деформируемости структурно-неустойчивых грунтов. Деформациям вечномерзлых грунтов посвящены работы Н. А. Цытовича, С. С. Вялова и др.; лессовых грунтов - работы Ю. М. Абелева, Н. Я. Денисова, А. К. Ларионова и др.; торфянистых грунтов -работы Л. С. Амаряна, Н. Н. Морарескула и др. Деформируемость грунтов при динамических воздействиях исследовалась Д. Д. Барканом, П. Л. Ивановым и Н. Н. Масловым.
    В области расчета фундаментных балок и плит на упругом основании наиболее широко известны работы М. И. Горбунова-Пасадова, И. А. Симву-лиди, Б. Н. Жемочкина и А. П. Синицина.
    Многочисленные исследования посвящены оценке совместной работы несущих конструкций сооружений с деформируемым основанием. Этим вопросом занимались Б. Д. Васильев, С. Н. Клепиков, Д. Е. Польшин и А. Б. Фадеев.
    Эти и многие другие исследования, выполненные советскими учеными, послужили основой для создания теории расчета и норм проектирования оснований по предельным состояниям.

19

Доступ онлайн
838 ₽
В корзину