Швецов г и инженерная геология механика грунтов основания и фундаменты

Добавлено: 17 Нояб 2008   Armin
Обновлено: 27 Авг 2012

   2 оценки

Скачать 3.81 МБ

  • Комментарии (33)

Справочник

«Основания и Фундаменты»

под ред. Швецова Г.И.

Москва «Высшая школа» 1991 год

Страниц, аж 383 штуки.

Отсканировал, обработал, перевёл в DJVU.

Качество хорошее.

Не забываем про тему: “Ваши сканы, наша обработка и перевод в DJVU “.

Комментарии

Порядок:

от новых к старым

Комментарии 1-15 из 33

Armin

, 04 января 2018 в 20:05

#33

ClearScan версия справочника в PDF

цитировать

aks_ser

, 15 марта 2013 в 09:11

#32

ОШИБКА стр. 174 в формуле Nmax/min опечатка видимо… написано Мmax/min

цитировать

osia

, 29 июля 2012 в 19:30

#31

спасибо

цитировать

Petrovi4_

, 14 марта 2012 в 01:20

#30

Ухххххххх какая красота, большое спасибо за труд буду просвещаться!!!

цитировать

ALEXPRO

, 06 марта 2012 в 00:27

#29

На стр.371 ошибка в формулах при опредилении активного и пассивного давления грунта.

цитировать

Galchona

, 17 ноября 2011 в 10:59

#28

Спасибо огромное! Дома есть твёрдая копия! Но так как с собой в поездку не взяла, то вы очень помогли!!!!

цитировать

Оелошенька

, 01 ноября 2011 в 01:46

#27

Спасибо!!!!

цитировать

tankist

, 07 июня 2011 в 23:04

#26

Умный мужик Швецов. Преподавал у нас курс основания и фундаменты. Некоторые у него диплом защищали.

цитировать

Бармалей

, 11 апреля 2011 в 20:56

#25

Хорошая книга, хорошая работа, хороший человек… Благодарю !!!

цитировать

CpL

, 01 апреля 2011 в 18:24

#24

Спасибо !

цитировать

Курмышанец

, 18 ноября 2010 в 13:44

#23

Спасибо!

цитировать

жуль

, 15 сентября 2009 в 21:02

#22

СЕНКС

цитировать

Благодарный

, 26 февраля 2009 в 05:42

#21

спасибо огромное!

цитировать

aliado

, 25 декабря 2008 в 14:48

#20

Благодарю!)

цитировать

Хлоп-хлоп

, 10 декабря 2008 в 17:30

#19

Огромное инженерное СПАСИБО за титанический труд)))
Armin который раз порадовал проделаной работой!!!

цитировать

Перейти к странице:

  • 1
  • 2
  • 3
  • Последняя >>

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные участники

Авторизоваться

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра “Строительные конструкции основания и фундаменты”

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1

ПО ИЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

“ Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты”

Гомель 2009 г

Содержание

Задание (Вариант 5)

1. Значение инженерной геологии для проектирования и строительства. Задачи, решаемые этой наукой

2. Горные породы геолого-литологического разреза. Происхождение, минералогический и химический составы, структура, текстура и условия залегания. Возможность их использования в строительстве

3. Основные физико-механические показатели свойств горных пород, используемые при проектировании и строительстве. Величины их предельных значений

4. Определение возраста пород заданного геолого-литологического разреза

5. Процессы внутренней динамики Земли, которые проявляются на участке. Определение наиболее и наименее благоприятные участков с точки зрения сейсмической устойчивости

6. Объяснить сущность процессов внешней динамики Земли. Перечислить процессы, протекающие на участке. Указать условия их возникновения и возможные защитные мероприятия 7. Охарактеризовать гидрологические условия участка и дать их инженерно-геологическую оценку

8. Перечислите вопросы, требующие дополнительных изысканий для оценки строительного участка

Литература

Задание (Вариант 5)

На участке, расположенном в зоне многолетней (вечной) мерзлоты (рис.1), проектируется строительство железнодорожных мастерских с горячими цехами и теплоэлектростанцией и жилого поселка с многоэтажными зданиями. В средней части строительного участка протекает река, на которой в зимнее время образуются мощные наледи.

На левом склоне долины реки залегают кристаллические сланцы и перекрывающие их широко развитые аллювиальные отложения, представленные пылеватыми суглинками, супесями, песками, торфами, погребенными мхами и илом с многочисленными прослоями и линзами погребенного многолетнего льда (погребенных речных наледей) и гидролакколитов. Общая мощность этих отложений до 16 м.

Мощность деятельного слоя мерзлоты в этом месте не превышает 1,6 м. На правом склоне залегает диабаз.

Строительство проектируется на обоих склонах долины.

Геолого-литологический разрез долины р. Угрюмой на участке проектируемого строительства Железнодорожных сооружений (М 1:1500)

швецов г и инженерная геология механика грунтов основания и фундаменты

-суглинки пылеватые, торф, пески мелкозернистые пылеватые, илистые, прослои и линзы глины пылеватой, песок крупнозер-нистый с гравием, галькой и валунами, прослои и линзы погребенного льда (речных наледей и гидролакколитов). Общая мощность – до 30 м; – суглинки пылеватые с включениями валунов и крупных глыб коренных пород; – покровные пылеватые суглинки слресвой и щебнем в основании слоя; – конгломерат валунно-галечный с железистым и известково-глинистым цементом; – слюдяные, хлоритовые, тальковые сланцы; – мраморированный крупнокристаллический известняк темно-серый; – парагнейс; – диабаз

1. Значение инженерной геологии для проектирования и строительства. Задачи, решаемые этой наукой

Инженерная геология – отрасль геологии, изучающая верхнюю часть земной коры в связи со строительством различных сооружений. Значение инженерной геологии для развития народного хозяйства исключительно велико. Строительство гидротехнических сооружений, метрополитенов, железных и автомобильных дорог, различных объектов в зонах вечной мерзлоты, промышленных и гражданских зданий, горных предприятий возможно лишь при условии предварительного проведения широких инженерно – геологических исследований на участке строительства. Это позволяет при проектировании сооружений учесть все природные особенности места строительства и предусмотреть необходимые профилактические мероприятия, предохраняющие сооружения от различного рода деформаций и обеспечивающие их нормальную эксплуатацию.

Научно-технический прогресс обусловил интенсивное вторжение человека в естественные процессы, совершающиеся в природе, в том числе и геологические. Поэтому инженерная геология становится одним из ведущих научных направлений по изучению проблем целесообразного преобразования природы, поскольку одним из основных факторов нарушения природного равновесия являются геологические процессы и явления, вызываемые деятельностью человека. Разработка геологических основ решения проблемы преобразования и охраны природы – одна из важнейших задач инженерной геологии.

2. Горные породы геолого-литологического разреза. Происхождение, минералогический и химический составы, структура, текстура и условия залегания. Возможность их использования в строительстве

На данном геолого-литологическом разрезе участка присутствуют следующие горние породы:

-на правом склоне залегает диабаз, древняя эффузивная основная порода. Состоит из основного полевого шпата (K2O Al2O3 6SiO2), авгита (Ca (Mg, Fe, Al,) , или роговой обманки (Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, Ti, O, OH). Структура мелко- и скрытокристаллическая. Цвет от темно-зеленого до черного. Очень прочная порода. Хорошо полируется и используется для поделок, украшений и как брусчатка.

-в центральной части участка залегает пласт парагнейса, породы образовавшейся в результате глубокого метаморфизма осадочных пород. Структура парагнейса кристаллическая, текстура сланцеватая. По преобладанию темных минералов различают гнейсы биотитовые(K(Fe, Mg)3 (OH, F)2 (AlSi3O10)), роговообманковые (Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, Ti, O, OH) и др. Из гнейсов изготовляют бут-плитняк, щебенку, тротуарные плиты, применяют для облицовки каналов, набережных.

-левее парагнейса залегает пласт темно-серого мраморированного крупнокристаллического известняка. Химический состав CaCO3. Образован из известняка при контактовом метаморфизме. Окраска темно-серая. Структура кристалически-зернистая. Твердость 3-3,5. Используется как строительный и облицовочный материал, для изготовления архитектурных деталей (колонн, карнизов и т. п.), скульптурных изделий.

-следующий пласт состоит из слюдяных, хлоритовых и тальковых сланцев, образованных в результате контактного метаморфизма осадочных пород. Химический состав сланцев следующий: слюдяные сланцы могут быть образованы водными алюмосиликатами (белая калиевая слюда) (K2O 3Al2O3 6SiO2 2H3O) и биотитом (железо-магнезиальная слюда) (K (Fe, Mg,)3 (OH, F)2 (AlSi3O10)), хлоритовые сланцы образованы хлоритом (Mg3 (AlSi3O10) (OH)2 MgAl(OH)6) , тальковые – тальком (Mg(Si4O10) (OH)2). В зависимости от состава и свойств кристаллические сланцы употребляются как строительные материалы, для изготовления электротехнических щитов, школьных досок облицовки лабораторных столов, в сантехнике, в размолотом виде – для изготовления толя, рубероида и т.д.

-на левом склоне участка залегает пласт образованный валунно-галечным конгломератом с железистым и известково-глинистым цементом, который образовался в результате седиментации терригенных материалов. Существенное влияние на плотность и прочность раздельнозернистых осадков оказывает циркулирующая по их порам вода, включающая в себя растворенные соли, глинистые и органо-минеральные вещества; из циркулирующих растворов выпадают гипс, углекислая известь, гидраты окислов железа, кремнекислота, осаждаются глинистые частицы, органические коллоиды и другие вещества, которые заполняют поры раздельнозернистых осадков. Появление всех этих образований вызывает увеличение плотности песчаных и крупнообломочных пород, что способствует одновременному процессу их цементации; пески превращаются в песчаники, галечники – в конгломераты, щебенка – в брекчии. Прочность образующихся при этом пород определяется прочностью природного цемента; наиболее прочными являются породы, скреплённые кремнистым цементом, менее прочными – глинистым и гипсовым.

-в средней части геолого – литологического разреза пласты сланцев, мраморизованного известняка и парагнейса перекрывают широко развитые аллювиальные отложения, представленные пылеватыми суглинками, супесями, песками, торфами, погребенными мхами и илом с многочисленными прослоями и линзами погребенного многолетнего льда (погребенных речных наледей) и гидролакколитов. Общая мощность этих отложений до 16 м. Аллювий (отложения рек) по месту образования подразделяется на следующие разновидности: русловые отложения — состоят преимущественно из грубых отложений (галечника, гравия, крупного песка), пойменные отложения – образуются во время паводков, когда пойменные террасы покрываются водою, несущей во взвешенном состоянии большое количество продуктов разрушения пород (суглинки, супеси, мелкозернистые пески — осадочные горные породы образующиеся в процессе выветривания горных пород, размером 0,05-0,005мм), старичные отложения – образуются в старицах и сложены преимущественно супесями и илами, содержащими нередко значительное количество органических веществ (ил – молодые рыхлые осадки, не затронутые процессами диагенеза), аллювиально-делювиальные отложения – характерны для внешних частей поймы, представлены различным пойменным аллювием, обогащенным смещенными со склонов обломками пород в виде щебёнки и песчано-глинистого материала. Торф по образованию относится к органогенным углистым каустобиолитам, которые образуются в результате накопления остатков живых организмов и растений на дне водоёмов и рек. Речные наледи развиваются в результате увеличения напора воды в замерзающей реке в местах резкого сужения живого сечения потока или заполнения русла льдом. Размеры наледей бывают от нескольких метров до многих десятков и сотен метров в длину и ширину при толщине ледяного покрова от долей метра до 4-6 м. Гидролакколиты – бугры вспучивания, возникающие вследствие образования инъекционного льда в толще промёрзших пород, т.е. при образовании подземных наледей. Чаще всего гидролакколиты образуются вдоль подножия склонов и в долинах малых водотоков, составляя при благоприятных условиях цепь бугров пучения разных размеров, обычно высотою до 2-3 м. При освоении территорий распространения гидролакколитов нельзя располагать сооружения (дорожные насыпи) на местности где есть бугры пучения, так как под влиянием изменения теплового режима они быстро разрушаются и на их месте образуются понижения. Вследствие того, что участок строительства лежит в зоне вечной мерзлоты грунт имеет слоистую текстуру, которая возникает при промерзании связных грунтов (супесей, суглинков и глин) с образованием ледяных линзочек и прослоев. Прочность грунтов слоистой текстуры зависит от направления действия нагрузки относительно ледяных прослоев; при поперечном направлении прочность их более значительна в сравнении с продольным. Мёрзлые грунты представляют собою сложную четырехкомпонентную систему, включающую следующие составляющие: твёрдую – минеральные частицы грунта; пластично-вязкую – лёд; жидкую – не замерзшую воду; газообразную – пары воды и газы.

Строительные свойства аллювиальных отложений отличаются большой сложностью в зависимости от гранулометрического и минералогического состава, плотности, влажности, консистенции и других факторов. Характерная строительная особенность крупнообломочных и песчаных аллювиальных отложений – их малая уплотняемость. Как правило, они бывают хорошим основанием для сооружений (зданий, насыпей и т. п.) которые производят только статическую нагрузку. При воздействии динамической нагрузки (от проходящих поездов, молотов и т. п.) в зависимости от природной плотности отложений уплотнение их может быть значительным. Поэтому, проектируя сооружения с динамическими нагрузками, следует точно определить природную плотность песков в условиях их естественного залегания.

3. Основные физико-механические показатели свойств горных пород, используемые при проектировании и строительстве. Величины их предельных значений

Основными показателями физико-механических свойств и параметров пород, используемых в инженерных расчётах являются: сжимаемость и прочность. Сжимаемость горных пород определяет возможную осадку сооружения, а прочность связана с величиной нагрузки на основание сооружений. Устойчивость склонов тесно связана с прочностью слагающих их пород. В массиве горных пород наиболее слабые разности будут определять прочность всего массива, даже если их толщина составляет всего насколько миллиметров.

Степень сжатия и уплотнения грунтов, и явления происходящие в них при этом, зависят от вида и структурных особенностей грунтов. Сжатие раздельнозернистых грунтов (песок, гравий, щебёнка и т.п.), у которых внутренние структурные связи отсутствуют, зависит от степени их плотности, гранулометрического и минералогического состава и характера внешнего воздействия. При статическом давлении, обусловленном весом сооружений уплотнение раздельнозернистых грунтов будет вызываться перемещением отдельных зёрен относительно друг друга (чему препятствует трение, возникающее на поверхности перемещения зерен); это протекает сравнительно быстро и почти не зависимо от влажности, и при тех давлениях, которые практически передаются на грунты от веса возводимых сооружений, сжатие рассматриваемых грунтов сравнительно незначительное. Поэтому как основания сооружений раздельнозернистые грунты вполне удовлетворительны.

Сжимаемость горных пород определяется экспериментально коэффициентом уплотнения или величиной общей деформации «Е».

Прочность пород определяют испытанием пород на сдвиг или одноосное сжатие. Известны и другие, косвенные методы.

Устойчивость склонов тесно связана с прочностью слагающих их пород. В массиве горных пород наиболее слабые разности будут определять прочность всего массива, даже если их толщина составляет всего насколько миллиметров.

4. Определение возраста пород заданного геолого-литологического разреза

По таблице 1 методического пособия определяем возраст пород заданного геолого-литологического разреза:

-суглинки пылеватые с включениями валунов и крупных глыб, а также покровные пылеватые суглинки с дресвой и щебнем в основании слоя относятся по возрасту образования, так же как и аллювиальные отложения к современному отделу четвертичного периода кайнозойской эры.

-конгломерат валунно-галечный с железистым и известково-глинистым цементом относятся к силурийскому периоду палеозойской эры.

-слюдяные, хлоритовые и тальковые сланцы по возрасту образования относятся к ордовикскому периоду палеозойской эры.

-мраморизованный крупнокристаллический известняк относится к кембрийскому периоду палеозойской эры.

-парагнейс – к протерозойской эре.

-диабаз – архейской эре.

5. Процессы внутренней динамики Земли, которые проявляются на участке. Определение наиболее и наименее благоприятные участков с точки зрения сейсмической устойчивости

По геолого-литологическому разрезу можно перечислить следующие процессы внутренней динамики земли:

-тектоническое движение земной коры, которое носит складчатый характер, и в результате чего образовалась антиклиналь.

С точки зрения сейсмической устойчивости участка строительства можно сказать что правый склон, где залегает диабаз наиболее сейсмоутойчив по сравнению с левым склоном, где залегают аллювиальные отложения.

6. Объяснить сущность процессов внешней динамики Земли. Перечислить процессы, протекающие на участке. Указать условия их возникновения и возможные защитные мероприятия

Процессы внешней динамики земли, которые проходят на участке строительства следующие:

-выветривание (разрушение горных пород под действием атмосферных агентов), на участке преобладает физический характер выветривания.

-осадкообразование (смещение продуктов выветривания и накопление их в пониженных местах с образованием в новых условиях других толщ осадочных пород).

-смыв и делювий (смытые водой продукты выветривания накапливаются на склонах и в основании склонов).

-эрозия (разрушающее воздействие поверхностных водотоков на горные породы).

7. Охарактеризовать гидрологические условия участка и дать их инженерно-геологическую оценку

На участке преобладает безнапорное движение подземных грунтовых вод, которое происходит в результате разности уровня в её двух сечениях . Разность уровней ∆Н=Н1-Н2 в сечениях 1 и 2 и обусловливает движение воды в направлении сечения 1.

Скорость движения подземного потока зависит от разности напора (чем больше ∆Н, тем больше скорость).

швецов г и инженерная геология механика грунтов основания и фундаменты

И от длинны пути фильтрации l (чем меньше l при том же значении ∆Н, тем скорость больше).

Отношение разности напора ∆Н к длине пути фильтрации l называется гидравлическим уклоном и обозначается через I:

Линейный закон фильтрации (закон Дарси). Движение подземного потока в пористых породах (песок, супесь, суглинок) имеет параллельно струйчатый, или ламинарный, характер, т.е. без разрывов и пульсаций, с плавным изменением скорости и подчиняется закону Дарси, который выражается формулой

где Q – расход воды (количество фильтрующейся воды в единицу времени); k — постоянная величина для данной породы, характеризующая её водонепроницаемость (коэффициент фильтрации); F – площадь поперечного сечения потока; ΔН – напор или разность уровней в двух рассматриваемых сечениях; — длина пути фильтрации; I – гидравлический уклон.

Для определения коэффициента фильтрации используют следующие методы:

— полевыми опытно-фильтрационными работами – откачками, наливами, нагнетанием и инфильтрацией из шурфов;

  • в лаборатории с помощью различных приборов;

  • по эмпирическим формулам.

8. Перечислите вопросы, требующие дополнительных изысканий для оценки строительного участка

Глинистые аллювиальные породы в большинстве представлены супесями и суглинками. Строительные свойства глинистых аллювиальных отложений отличаются большой сложностью в зависимости от гранулометрического и минералогического состава, плотности, влажности, консистенции и других факторов. Поэтому объективная оценка глинистого аллювия применительно к строительству конкретного объекта может быть дана лишь с учетом совокупности его физико-механических свойств после всестороннего его изучения.

При гидрологических исследованиях определение характера взаимодействия изучаемого водоносного горизонта с поверхностными водами во времени является важной задачей, так как это имеет существенное значение при решении вопросов водоснабжения путём использования грунтовых вод или для борьбы с притоком грунтовых вод в котлованы, выемки и иные сооружения.

Для обеспечения прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений, возводимых на пучинистых грунтах, в основном применяются инженерно–мелиоративные, строительно-констуктивные, и термохимические мероприятия.

Нормами проектирования предусматривается использование вечномерзлых грунтов как оснований сооружений при условии сохранения вечномерзлого состояния в течение всего периода эксплуатации сооружения – принцип 1 и при условии оттаивания вечномерзлых грунтов основания до начала строительства или во время строительства и эксплуатации сооружения – принцип 2. Выбор того или иного принципа производится на основе технико-экономических расчетов.

Литература

  1. Седенко М. В. Геология, гидрогеология и инженерная геология. Минск: Вышэйшая школа, 1975.

  2. Швецов Г. И. Справочник «Основания и фундаменты» Москва: Высшая школа, 1991.

  3. Дуденцева И. Л. Задание на контрольную работу « Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты » Москва 1988.

Издание фонда НБ ПНИПУ

URI:

Шифр издания 624.13
Ш352
Автор(ы) Швецов Г. И.
Заглавие Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты
Упрощённое описание Швецов Г. И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты : учебник для вузов / Г. И. Швецов. — Москва: Высш. шк., 1997.

Местонахождение

всего в фонде: 65 экз.

  • учебная библиотека АДФ, ХТФ, ФПММ — 21 экз.
  • отдел научной литературы (книгохранение) — 1 экз.
  • отдел абонементов (ауд. 176) — 1 экз.
  • учебная библиотека ГНФ, ГумФ, МТФ, СТФ — 41 экз.
  • отдел читальных залов — 1 экз.

Посвящается светлой памяти учителя — Николая Александровича Цытовича

(1900 — 1984)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Любое здание или сооружение строится на грунтовом основании, возводится из грунта как строительного материала или располагается в толще грунта. Его прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация определяются не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия сооружения и основания.

Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости сооружений, трудозатраты нередко достигают 15% и более от общих затрат труда, а продолжительность работ по возведению фундаментов доходит до 20% срока строительства сооружения. При возведении заглубленных частей здания, а также при строительстве в сложных грунтовых условиях эти показатели значительно увеличиваются. Следовательно, совершенствование проектных и технологических решений в области фундаментостроения приводит к большой экономии материальных и трудовых ресурсов, сокращению сроков строительства зданий и сооружений.

Впроектировании фундаментов непосредственно принимают участие 10…15 тыс. специалистов, а с учетом многопрофильности труда проектировщиков — значительно больше. Десятки тысяч инженеров заняты в изысканиях для строительства, на работах, связанных с подготовкой оснований, строительством фундаментов, подземных и заглубленных сооружений. Наконец, каждый инженерстроитель независимо от профиля его деятельности должен отчетливо представлять себе взаимосвязь сооружений и оснований, уметь оценивать их влияние друг на друга.

Сказанное позволяет сделать вывод о важности изучения проблем, связанных с фундаментостроением, при подготовке инженеров-строителей.Авторы стремились отразить в настоящем учебном пособии современные положения механики грунтов и методы фундаментостроения, обеспечивающие будущим специалистам необходимые знания для их практической деятельности.

В1994 г. вышел в свет учебник «Механика грунтов, основания и фундаменты», созданный коллективом сотрудников Московского государственного строительного университета под общим руководством и редакцией акад. РИА, д-ратехн. наук, проф. С. Б. Ухова и допущенный Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство». Выпуск учебника был осущетвлен издательством АСВ.

Втечение последующих лет авторы провели работу по пересмотру содержания учебника с целью усовершенствования методологии изложения, развития разделов, требующих освещения современных теоретических и экспериментальных основ механики грунтов, расчетно-конструктивнойбазы и элементов технологии в области фундаментостроения и подземного строительства, и готовили второе издание учебника.

В соответствии с введенным в 1999 г. Министерством образования Российской Федерации Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования ранее существовавшая дисциплина «Механика грунтов, основания и фундаменты» распределена на два блока: «Механика грунтов»

— блок общепрофессиональных дисциплин; «Основания и фундаменты» — блок дисциплин специальности. Указанное обстоятельство поставило формальный барьер для второго издания труда в качестве учебника с традиционным названием. Настоящая редакция труда выходит в свет в качестве учебного пособия.

Учебное пособие составлено в соответствии с Примерными программами курсов «Механика грунтов» и «Основания и фундаменты» для высших учебных заведений по специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство».

Пособие может быть использовано студентами других строительных специальностей, а также будет полезно инженерно-техническим,научным работникам и аспирантам, специализирующимся в этой области.

Учебное пособие подготовлено коллективом авторов под руководством д-ратехн. наук, проф. С. Б. Ухова. Им же написаны введение, главы 4, 9, 17. Главы 1 и 2 написаныд-ромгеолог.-минералог.наук, проф. С. Н. Чернышевым и проф. С. Б. Уховым совместно; главы 6, 12, 15 — канд. техн. наук, проф. В. В. Семеновым; главы 8 и 16 — В. В. Семеновым и С. Б. Уховым совместно; главы 10, 11, 13, 14 — канд. техн. наук, проф. В. В. Знаменским; гл. 18 — В. В. Знаменским и С. Б. Уховым совместно; главы 3, 5, 7 и § 4.5 —д-ромтехн. наук, проф. 3. Г.Тер-Мартиросяномсовместно с проф. С. Б. Уховым.

Авторы благодарны д-рутехн. наук, проф. М. Ю. Абелеву ид-рутехн. наук, проф. М. В. Малышеву за полезные советы при подготовке настоящего издания.

Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам: сотрудникам кафедры строительных конструкций и сооружений Российского университета дружбы народов и особенно заведующему кафедрой д-рутехн. наук, проф. Б. И. Дидуху за ценные замечания, которые были учтены при переработке книги.

Особую симпатию и благодарность коллектив авторов выражает редактору издательства «Высшая школа» Т. Ф. Мельниковой, без творческого участия которой выход в свет этой работы был бы невозможен.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Особенности курсов. Механика грунтов, основания и фундаменты вместе с инженерной геологией и охраной природной среды составляют особый цикл строительных дисциплин. Предметом его изучения являются материалы, как правило, природного происхождения — грунты и их взаимодействие с сооружениями. Если конструкционные материалы приготавливаются технологами так, чтобы они обладали заданными строительными свойствами, то грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой

имогут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во

многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения.

Прочность грунтов обычно в сотни раз меньше, а деформируемость в тысячи раз больше, чем конструкционных материалов. Недоиспользование несущей способности грунтов основания приводит к удорожанию строительства. С другой стороны, ошибочная оценка поведения грунтов основания часто бывает причиной аварий сооружений. Поэтому необходимо уметь не только правильно оценить прочностные и деформационные свойства грунтов, но и разработать оптимальные конструктивные решения передачи нагрузок от сооружения на основание, а в ряде случаев и способы улучшения строительных свойств грунтов основания.

Таким образом, механика грунтов, основания и фундаменты представляют комплекс дисциплин, изучающих как особенности поведения грунтов под нагрузками, так и способы передачи нагрузок от сооружений на основание.

При этом методы изучения строительных свойств грунтов, способы расчетов взаимодействия сооружений и оснований, конструктивные решения подземных частей зданий и технология их возведения во многом отличаются от принятых в других дисциплинах строительного цикла.

Основные понятия и определения. Всякое сооружение передает действующие на него нагрузки на основание (рис. В.1).

Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение. Основание воспринимает от сооружения нагрузки, деформируясь под действием этих нагрузок. При чрезмерных деформациях основания возникают деформации сооружения, препятствующие нормальной его эксплуатации, и даже аварии, сопровождающиеся разрушением сооружения.

Различают естественные основания, сложенные природными грунтами без специальной их предварительной подготовки, иискусственные, представленные уплотненными или закрепленными грунтами природного происхождения, а также образованные твердыми отходами производственной и хозяйственной деятельности человека.

Грунты, залегающие непосредственно вблизи земной поверхности, подвержены климатическим, метеорологическим и другим воздействиям и, как правило, не могут служить надежным основанием. Поэтому часть сооружения обычно заглубляется ниже поверхности земли. Подземную или заглубленную часть сооружения, предназначенную главным образом для передачи нагрузки от сооружения на основание, называют фундаментом. Нижнюю поверхность

фундамента называют подошвой, расстояние от поверхности планировки грунта до подошвы фундамента — глубиной заложения фундамента.

В случае слоистого напластования грунтов различают несущий слой грунта, на который непосредственно опирается фундамент, иподстилающие слои.

Часто приходится рассматривать грунт как среду, вмещающую инженерные сооружения (подпорные стенки, заглубленные и подземные сооружения, трубопроводы, коллекторы и т. п.), и принимать во внимание при проектировании не только воздействие сооружения на грунт, но и воздействие грунта на сооружение.

Многие сооружения (дорожные насыпи, ограждающие дамбы, земляные плотины и т. п.) полностью или в значительной мере возводятся из грунта как строительного материала,

Рис В 1 Пример взаимодействия сооружения с основанием 1 — надземная часть сооружения,2 — фундамент,3 — подошва фундамента,4 —

несущий слой основания, 5 — подстилающие слои основания, d — глубина заложения фундамента.

взаимодействуя в то же время с основаниями из грунта естественного происхождения.

Таким образом грунты рассматриваются как основания сооружений, строительный материал или среда, вмещающая сооружения, что находит отражение в способах исследования их свойств и методах расчетов.

Важно иметь в виду, что здания и сооружения существуют не сами по себе, а как комплекс городской или промышленной застройки. В этих условиях они строятся вблизи или в примыкании друг к другу, оказывают совместное воздействие на основание и вмещающую среду и, таким образом, могут воздействовать друг на друга. Хозяйственная деятельность комплексов городской и промышленной застройки, использование подземного пространства городов и промышленных зон приводят к активизации дополнительных процессов в основаниях, что важно учитывать при проектировании и строительстве.

Цель, состав и задачи курсов. Нормальная эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько правильно запроектировано и осуществлено его взаимодействие с основанием. Это же в значителной мере влияет на стоимость и сроки строительства.

Поэтому цель настоящего учебного пособия — научить будущих инженеровстроителей обоснованию и принятию оптимальных решений по устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения в различных инженерно-геологическихусловиях.

Учебное пособие состоит из двух частей.

В первой части «Механика грунтов» изучаются физические и механические свойства грунтов, методы расчета напряженного состояния и деформаций оснований, оценки устойчивости грунтовых массивов, давления грунта на сооружения. Основное внимание здесь уделено методам решения задач, наиболее часто встречающихся в практике промышленного и гражданского строительства.

Во второй части «Основания и фундаменты» рассматриваются вопросы проектирования оснований и фундаментов в разнообразных грунтовых условиях. Материал этой части имеет сугубо прикладную направленность и является основным для формирования инженера-строителя.Однако уверенное владение этим материалом, умение в конкретных условиях строительства выбрать, рассчитать и запроектировать оптимальный вариант основания и фундаментов здания или сооружения невозможны без глубокого понимания материалов первой части.

Преследуя прежде всего достижение указанной выше цели, авторы учебного пособия ставили также задачу подготовить будущего инженера-строителясамостоятельно совершенствовать свои знания в области современной механики грунтов и фундаментостроения с помощьюнаучно-техническойлитературы.

Связь курсов с другими дисциплинами. Механика грунтов, основания и фундаменты неразрывно связаны с инженерной геологией, изучающей верхнюю часть земной коры как среду инженерной деятельности человека. Для понимания механики грунтов необходимо знать дисциплины механико-математического цикла: сопротивление материалов, теорию упругости, пластичности и ползучести, строительную механику, владеть методами математического анализа. Проектирование оснований и фундаментов требует также знания строительных конструкций, технологии строительного производства, техники безопасности, экономики и организации строительства. Развитие автоматизированного проектирования фундаментов связано с умением специалистов работать с современными ЭВМ, прежде всего с персональными компьютерами. Наконец, любое строительство, тем более связанное с грунтами основания, изменяет природную обстановку в массиве грунтов, поэтому важнейшей составляющей цикла дисциплин является строительная экология.

Краткий исторически очерк развития наук о фундаментостроении. В течение многих веков в основе строительства лежал только человеческий опыт. Попытки обобщить этот опыт предпринимались уже давно. Например, выдающийся архитектор древности (I в. до н. э.) Витрувий писал: «Для закладки фундаментов храмовых зданий следует рыть до глубины твердых пород… и закладывать фундамент на твердых пластах на глубине, сообразно с величиной сооружения…» Однако строительство долго оставалось скорее искусством, чем наукой («строительное искусство», «зодчество»). Еще в начале XIX в. французский ученый Л. Навье отмечал: «Большинство конструкторов устанавливают размеры частей машин и сооружений по образу осуществленных конструкций».

Промышленная революция конца XVIII — начала XIX в., вызвавшая бурное развитие техники, транспорта, горнодобывающей и других отраслей промышленности, привела к усложнению конструкций сооружений в условиях резко возросших объемов строительства. В свою очередь это повлекло за собой значительное увеличение числа аварий, сопровождавшихся человеческими жертвами и крупными материальными потерями. Возникла необходимость формирования научного подхода ко всем отраслям строительства.

Базой для этого послужили фундаментальные исследования в области механико-

математических наук, достигшие значительного развития к концу XVIII в. В это же время возникла новая наука — геология, оказавшая впоследствии огромное влияние на строительное дело. Появляются ставшие классическими работы о закономерностях поведения грунтов: о давлении грунта на подпорные стенки (Ш. Кулон, 1773); о движении воды в грунтах (Г. Дарси. 1856); о связи между давлением и осадкой (Е. Винклер. 1867) и др.

В1869 г. русским профессором В. М. Карловичем публикуется первый в мире курс «Основания и фундаменты», положивший начало возникновению нового направления строительной науки и развитый дальше трудами В. И. Курдюмова, П. А. Миняева и др. В 1885 г. французский математик Ж. Буссинеск получает решение задачи о распределении напряжений в полупространстве от действия сосредоточенной силы, заложившее основы теории распределения напряжений в грунте. Во второй половине прошлого и начале настоящего столетия русский инженер Г. Е. Паукер, французский ученый М. Леви, немецкий специалист Л. Прандтль и другие создают основы современной теории предельного равновесия сыпучих сред.

Вконце 20-х— начале30-хгодов XX в. формируются научные основы современной механики грунтов. В 1925 г. на немецком языке выходит фундаментальный труд проф. К. Терцаги «Строительная механика грунтов», в 1925

—1933 гг. проф. Н. М. Герсеванов публикует классический цикл «Основы динамики грунтовой массы». Приблизительно в это же время трудами акад. Ф. П. Саваренского и проф. К. Терцаги независимо труд от друга создаются основы новой отрасли науки — инженерной геологии. В 1934 г. выходят в свет первые курсы Н. А. Цытовича «Основы механики грунтов», Н. Н. Иванова и В. В. Охотина «Дорожное почвоведение и механика грунтов», в 1934 — 1936 гг.— серия фундаментальных работ Н. Н. Маслова и В. А. Флорина.

Большое влияние на формирование механики грунтов как учебной дисциплины оказал Н. А. Цытович, классический учебник которого неоднократно переиздавался в период 1934 — 1983 гг. Широкой известностью пользовались учебники по курсу «Основания и фундаменты» Б. Д. Васильева, Н. Н. Богословского, Н. А. Цытовича с соавторами. В настоящее время заслуженно признаны учебники Б. И. Далматова «Механика грунтов, основания и фундаменты» (1981, 1988) и П. Л. Иванова «Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов» (1991). Значительным событием явилось издание в 1985 г. под редакцией Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова «Справочника проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения». Полезным дополнением к указанным выше учебникам и справочным материалам является оригинальное учебное пособие М. В. Малышева и Г. Г. Болдырева «Механика грунтов, основания и фундаменты (в вопросах и ответах)», 2000 г. Наконец, следует отметить целую систему нормативных документов (СНиПов — «Строительных норм и правил»), регламентирующих важнейшие вопросы строительства, в частности в области оснований и фундаментов. В последние годы активно разрабатываются и региональные (Москва,Санкт-Петербурги др.) нормативные документы и «Рекомендации» к ним, учитывающие особенности фундаментостроения в местных условиях.

Внастоящее время «Механика грунтов, основания и фундаменты» представляет собой область строительной науки с развитым экспериментально-теоретическимаппаратом и обширным комплексомпроектно-технологическихрешений.

Значение механики грунтов, оснований и фундаментов в современном строительстве. В настоящее время наметилась тенденция к повышению этажности

зданий, увеличению габаритов сооружений и массы технологического оборудования, что связано с увеличением нагрузок на основания. Одновременно возросли требования к качеству строительства, сокращению его материалоемкости, стоимости и продолжительности работ. Это повышает значение правильной оценки несущей способности грунтов оснований, выбора оптимальных типов фундаментов

ипроектирования их конструкций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию сооружений.

Уплотнение городской и промышленной застройки, интенсивное использование подземного пространства требуют надежной оценки влияния строительных работ на существующие здания, обоснования безопасных технологий строительства. Сложные проблемы возникают в связи с резким увеличением объемов работ по реконструкции зданий и сооружений.

Вэкономически развитых районах в условиях сложившейся городской застройки ощущается нехватка территорий с благоприятными грунтовыми условиями и приходится застраивать площадки, ранее считавшиеся непригодными (речные поймы, болота, овраги, свалки, места складирования промышленных отходов и т. п.). Все в большей степени строительство смещается в районы с суровым климатом

исложными грунтовыми условиями (вечная мерзлота, территории, сложенные лессовыми просадочными, глинистыми набухающими грунтами, слабыми водонасыщенными и заторфованными грунтами и т. п.). Поэтому особое значение приобретают методы улучшения строительных свойств грунтов и специальные способы строительства в особых грунтовых условиях. Очень важной проблемой является также

надежное строительство зданий и сооружений в сейсмически активных районах. Важно иметь в виду, что многообразие инженерно-геологическихусловий

различных строительных площадок и широкий диапазон конструктивнотехнологических типов зданий и сооружений, возводимых на этих площадках, требуют при проектировании оснований и фундаментов творческого подхода и тщательного анализа всего комплекса исходных данных. Зачастую проектирование

иустройство фундаментов ответственных сооружений в сложных грунтовых условиях представляют собой научно-техническуюзадачу, для решения которой приходится производить специальные исследования.

ГЛАВА 1 СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ГРУНТОВ

1.1.Грунтовые основания. Происхождение грунтов

Всякое сооружение покоится на грунтовом основании. В зависимости от геологического строения участка застройки строение основания, даже расположенных вблизи сооружений, может быть различным (рис. 1.1). Обычно основание состоит из нескольких типов грунтов, которые определенным образом сочетаются в пространстве (сооружения А, В, Г, Д на рис. 1.1). В частном случае основание может состоять из грунта одного типа (сооружениеБ на рис. 1.1).

Сооружение и основание составляют единую систему. Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют

прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения. Поэтому инженер-строительдолжен хорошо понимать, что представляют собой грунты, каковы их особенности по сравнению с конструкционными материалами (бетон, железобетон, металл, кирпич и т. п.), каким образом залегают грунты в основании сооружений, что определяет свойства грунтов и грунтовых оснований, их поведение под нагрузками и другими воздействиями.

Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.

Горной породой называют закономерно построенную совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.

Под составом подразумевают перечень минералов, составляющих породу. Структура — это размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц.Текстура — пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Термин «грунт» широко применяют в строительстве, заменяя более широкий термин «горная порода», который используется в геологии, географии, горном и геологоразведочном деле. В инженерной геологии термин «горная порода» применяется при описании геологической среды за пределами основания и на допроектных стадиях исследований.

Горная порода, а следовательно, и грунт представляют собой не случайное скопление минералов, а закономерную определенным образом построенную совокупность. Это имеет исключительно большое значение для строительства. Действительно, случайных совокупностей минералов может быть много. Закономерно построенных совокупностей горных пород в природе выделяется большое, но ограниченное количество. Инженерная геология изучает закономерности образования и свойства горных пород как грунтов. Наличие в природе однотипных грунтов, широко распространенных в разных частях Земли, послужило поводом для разработки стандартных приемов строительства и применения типовых конструкций фундаментов. Так, существование слабых водонасыщенных грунтов — илов — уже в древности привело к идее устройства свайных фундаментов; особые свойства не менее широко распространенного лессового грунта в наше время потребовали разработки специальных способов строительства и т. п. В связи с этим, прежде чем рассматривать методы расчета и проектирования оснований и фундаментов, необходимо изучить основные типы грунтов, их физические свойства, особенности строения оснований.

Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями их происхождения. В инженерной геологии

Рис. 1.1. Геологическое строение участка застройки с площадками зданий А —Д:

1 — известняк закарстованный;2 — щебень известняка;3 — песок;4 — супесь,5 —торф;—————

граница основания сооружения, — ■ — ■ — • — уровень подземных вод; С. cQ, aQ — геологические индексы, указывающие возраст и происхождение горных пород.

происхождение грунтов детально изучено для разных условий. Происхождение положено в основу классификации грунтов (ГОСТ 25100—95).

Все грунты разделяются на естественные — магматические, осадочные, метаморфические и техногенные — уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Магматические (изверженные) горные породы образуются при медленном остывании и отверденииогненно-жидкихрасплавов магмы в верхних слоях земной коры (интрузивные, или глубинные, породы — граниты, диориты, габбро и др.), а также при быстром остывании излившегося на поверхность земли расплава (эффузивные, или излившиеся,— базальты, порфиры и др.).

Осадочные горные породы образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, образовавшихся ранее. В зависимости от степени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломиты, алевролиты и т. п.) и несцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные,пылевато-глинистыегрунты, лѐссы, илы, торфы, почвы и т. п.).

Метаморфические горные породы образуются в недрах из осадочных, магматических или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов. Наиболее типичные метаморфические горные породы — сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы.

Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и агрегатами и относятся к классу скальных грунтов. Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу дисперсных или нескальных грунтов.

В самых верхних слоях земной коры, называемых зоной современного выветривания, под влиянием колебаний температуры, изменения состояния и химического состава воды, газов, деятельности растительных и животных организмов и т. п. развиваются процессы выветривания — физического, химического, органического разрушения минералов и горных пород. Продукты выветривания могут перемещаться водой или воздухом, переноситься на большие расстояния и вновь откладываться на новых территориях. Различия условий происхождения и дальнейшего изменения являются причиной разнообразия строения, состава, состояния и условий залегания грунтов в верхних слоях земной коры.

К техногенным скальным грунтам относятся все природные грунты любого происхождения, специально закрепленные материалами, приводящими к возникновению жестких связей (цементные и глинисто-силикатныерастворы, жидкое стекло и т. п.). К классу нескальных техногенных грунтов относятся несцементированные осадочные породы, подвергнутые специальному уплотнению в природном залегании, насыпные, намывные грунты, а также твердые бытовые и промышленные отходы (шлаки, золы и т. п.).

1.2. Состав грунтов

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В связи с этим он достаточно хорошо изучен в разделе инженерной геологии — грунтоведении.

В общем случае, с физических позиций, грунт состоит из трех компонент: твердой, жидкой и газообразной (рис. 1.2).

Иногда в грунте выделяют биоту — живое вещество. Это оправдано с общенаучной точки зрения и полезно практически, так как жизнедеятельность организмов может оказывать существенное воздействие на свойства грунтов. Активизация жизнедеятельности бактерий, как правило, снижает прочность грунта, а их отмирание приводит к повышению его прочности. Однако пока свойства биоты не нашли отражения в моделях механики грунтов, мы будем рассматривать грунт как трехкомпонентную систему.

Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства. В зоне влияния промышленных и гражданских сооружений, т. е. на относительно небольших глубинах, в грунтах обычно присутствуют все три компоненты одновременно. На больших глубинах и в некоторых особых условиях грунт может состоять из двух и даже одной компоненты. Например, в зоне вечной мерзлоты в составе грунта может встретиться твердая и газообразная компоненты либо только твердая, если все пространство между частицами заполнено льдом. В зоне положительной температуры ниже уровня подземных вод грунт обычно состоит из твердой и жидкой компонент. В механике грунтов такой грунт часто называют «грунтовой массой». Газ в условиях высокого гидростатического давления полностью растворен в воде, но может выделиться из нее при понижении внешнего давления или повышении температуры. При внешних воздействиях, например от строительства и эксплуатации зданий, однокомпонентная система грунта может переходить в двухкомпонентную, а двухкомпонентная — в трехкомпонентную. При этом, как правило, ухудшаются свойства грунта.

Было бы сравнительно просто решать задачи фундаментостроения, если бы грунт можно было рассматривать как механическую систему, состоящую из твердого, жидкого и газообразного веществ с фиксированными независимыми свойствами каждой компоненты. В действительности дело обстоит сложнее. На свойства грунта как системы значительное влияние оказывает минеральный и химический состав вещества, наличие биологически активной составляющей. Химические, физические, физико-химическиеи биологические процессы в грунтах протекают в сложном взаимодействии, сливаясь в единый геологический процесс, который изменяет свойства грунта во времени до строительства, при строительстве и впоследствии при эксплуатации сооружений.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты, полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов состоят все магматические горные породы,