Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 291100, 290300, 291000.

В нем рассматриваются вопросы инженерно-геологического исследования, которые необходимо провести при проектировании и строительстве транспортных сооружений, основные сведения о проектировании и возведении фундаментов, методика вариантного проектирования. Довольно подробно рассмотрены вопросы проектирования и сооружения фундаментов мелкого заложения, свайных фундаментов, фундаментов глубокого заложения. Большое внимание в пособии уделено новейшим зарубежным и отечественным технологиям сооружения фундаментов глубокого заложения.

В заключение приведены примеры проектирования фундаментов различных типов под промежуточные опоры либо моста, либо путепровода.

Учебное пособие предназначено для студентов дневного, вечернего и заочного обучения. Оно может быть также использовано специалистами, интересующимися вопросами современного фундаментостроения в области транспортного строительства.

Оглавление

Введение

1. Инженерно-геологические исследования при проектировании и строительстве транспортных сооружений

1.1. Содержание и задачи инженерно-геологических исследований 
1.2. Методы проведения инженерно-геологических изысканий
1.3. Классификация грунтов
1.4. Физико-механические характеристики грунтов и методы их определения
1.5. Вычисление нормативных и расчетных характеристик грунтов
1.6. Прогнозирование изменения гидрогеологических условий площадки строительства
1.7. Охрана и рациональное использование природной среды при возведении и эксплуатации транспортных сооружений

2. Основные сведения о проектировании и возведении фундаментов

2.1. Классификация фундаментов, применяемых при возведении транспортных сооружений 
2.2. Основные положения проектирования фундаментов
2.3. Исходные данные для проектирования фундаментов
2.4. Последовательность проектирования фундаментов
2.5. Выбор типа фундамента на основе вариантных решений и оптимизации проекта сооружения
2.6. Основные положения производства работ при сооружении фундаментов

3. Проектирование и возведение фундаментов мелкого заложения

3.1. Основные понятия и классификация оснований и фундаментов 
3.2. Оценка грунтовых условий и выбор типа фундамента
3.3. Виды деформаций фундаментов и причины, их вызывающие
3.4. Технико-экономические вопросы при проектировании фундаментов
3.5. Классификация фундаментов мелкого заложения
3.6. Выбор глубины заложения подошвы фундамента, назначение формы и основных размеров фундамента мелкого заложения
3.7. Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента
3.8. Определение размеров и веса фундамента мелкого заложения
3.9. Проверка несущей способности основания под подошвой центрально и внецентренно нагруженных фундаментов мелкого заложения
3.10. Расчет фундаментов мелкого заложения на сдвиг по подошве и на опрокидывание, проверка положения равнодействующей активных сил в фундаменте мелкого заложения
3.11. Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта под подошвой фундамента мелкого заложения
3.12. Предельные перемещения фундаментов опор мостов по действующим нормативно-техническим документам, применяемым при проектировании фундаментов
3.13. Расчет осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования, согласно действующим нормативно-техническим документам, применяемым при проектировании фундаментов
3.14. Сооружение фундаментов мелкого заложения

4. Проектирование и возведение свайных фундаментов

4.1. Типы свайных фундаментов и область их применения 
4.2. Виды свай и их классификация
4.3. Определение несущей способности свай
4.4. Определение несущей способности железобетонной сваи по материалу
4.5. Определение несущей способности свай-стоек по грунту
4.6. Определение несущей способности по грунту свай трения
4.7. Расчет свайных фундаментов с низким ростверком по предельным состояниям

4.7.1. Расчет центрально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком 
4.7.2. Расчет внецентренно нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком

4.8. Расчет свайных фундаментов с высоким ростверком по предельным состояниям 
4.9. Конструирование свайных фундаментов

4.9.1. Общие положения конструирования свайных фундаментов 
4.9.2. Размещение свайных элементов в вертикальной плоскости
4.9.3. Глубина заделки свайных элементов в несущий слой грунта
4.9.4. Размещение свайных элементов в горизонтальной плоскости и конструирование ростверка

4.10. Конструирование свайных фундаментов. Примеры конструктивных решений свайных фундаментов 
4.11. Сооружение свайных фундаментов

5. Проектирование и возведение фундаментов глубокого заложения

5.1. Область применения фундаментов глубокого заложения 
5.2. Классификация фундаментов глубокого заложения
5.3. Расчет опускных колодцев
5.4. Примеры конструирования фундаментов глубокого заложения
5.5. Сооружение фундаментов глубокого заложения
5.6. Новые конструктивные решения фундаментов глубокого заложения и их внедрение в практику мостостроения
5.7. Новые технологии при сооружении фундаментов опор мостов за рубежом

6. Проектирование и строительство фундаментов транспортных сооружений в сложных геологических и климатических условиях

6.1. Физико-механические свойства структурно неустойчивых грунтов 
6.2. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах
6.3. Фундаменты на вечномерзлых грунтах
6.4. Фундаменты в сейсмических районах

7. Примеры проектирования и расчета фундаментов различных типов под промежуточную опору моста или путепровода

7.1. Вычисление физико-механических характеристик грунтов 
7.2. Заключение по данным геологического разреза площадки строительства и выбор возможных вариантов фундаментов
7.3. Сбор нагрузок, действующих на фундамент мелкого заложения
7.4. Расчет фундамента мелкого заложения по предельным состояниям

7.4.1. Расчет и конструирование фундамента мелкого заложения по первой группе предельных состояний 
7.4.2. Расчет фундамента мелкого заложения по второй группе предельных состоянии (по деформациям) и проверка несущей способности подстилающего слоя фунта

7.5. Расчет фундамента из забивных свай трения по предельным состояниям 

7.5.1. Расчет и конструирование фундамента из забивных свай трения по первой группе предельных состояний 
7.5.2. Расчет фундамента из забивных свай трения по второй группе предельных состояний (по деформациям)

7.6. Расчет фундамента на сваях-оболочках по предельным состояниям 

7.6.1. Расчет и конструирование фундамента из свай-оболочек по первой группе предельных состояний 
7.6.2. Расчет фундамента из свай-оболочек по второй группе предельных состояний (по деформациям)

Заключение

Список литературы

Введение

Целью преподавания дисциплины «Основания и фундаменты» является изучение конструктивных решений фундаментов, методов их расчета согласно действующим нормативно-техническим документам, технологии производства работ по сооружению фундаментов, способов реконструкции фундаментов.

Изучение дисциплины "Основания и фундаменты" направлено на приобретение студентами навыков использования полученных знаний для самостоятельного решения инженерных задач в области проектирования, строительства и переустройства существующих фундаментов мостовых сооружений, а также умелого использования полученного багажа знаний в проведении научных исследований в данной области.

Задачи изучения дисциплины "Основания и фундаменты" заключаются в прочном овладений студентами комплексом знаний, отражающих современный уровень теории и практики, а также перспектив развития фундаментостроения в области строительства мостов и путепроводов.

Комплексный характер дисциплины "Основания и фундаменты", который охватывает большой круг разнообразных вопросов, обусловливает ее базирование и связь со следующими общетехническими и специальными дисциплинами: «Инженерная геология и механика грунтов», «Строительные материалы», «Сопротивление материалов», «Строительная механика», «Инженерная геодезия», «Изыскание и проектирование мостовых переходов и тоннельных пересечений», «Проектирование мостов», «Строительство мостов» и др.

Мосты имеют определенную специфику по сравнению с объектами промышленно-гражданского и другого назначения. Методы их проектирования и строительства в целом ряде случаев имеют принципиальные отличия, обусловленные основными особенностями работы и конструкций фундаментов мостов и технологии производства работ по их возведению.

Если на вопросы фундаментостроения и использования грунтов в строительных целях посмотреть с исторической точки зрения, то можно выделить три периода их исторического развития:

- I - период, предшествовавший развитию капитализма, вплоть до второй половины XIX века. В этот период времени, исчисляемый тысячелетиями, правильное решение задачи фундаментостроения представляло собой либо удачу инженерной интуиции, либо обеспечивалось огромными запасами прочности, причем в этот период строительство мостов было единичным и продолжалось порой в течение нескольких десятилетий;

- II период, начиная с начала второй половины XIX века и до 20-х годов XX века, может быть назван подготовительным для создания научной дисциплины "Механика грунтов, основания и фундаменты";

- III период - с 20-х годов XX века до наших дней - период бурного и плодотворного развития науки об использовании грунтов в строительных целях и фундаментостроении.

I период. В древности капитальные сооружения строили преимущественно на скале. Это были храмы и дворцы. Сжимаемые грунты снимались, песок считался ненадежным основанием. Если строили на сжимаемых грунтах, то под всем сооружением выкладывали сплошную плиту из каменных блоков или кирпича. В Индии и Египте за несколько тысячелетий до н.э. начали применять фундаменты на сваях и опускных колодцах. В I веке до н.э. римский архитектор и инженер Витрувий в трактате "Десять книг об архитектуре" подчеркивал важность устройства надежных фундаментов, включая свайные.

В России на мягких грунтах начали строить с XI века. Вначале это были храмы, затем - крепостные стены, набережные, позднее - мосты. В первой инженерной школе, созданной в 1714 году, при обучении строительному делу уже уделялось серьезное внимание правилам возведения фундаментов. М.В.Ломоносов в середине XVIII века классифицировал грунты по их составу и свойствам. Французский ученый Кулон определил основное условие прочности грунтов, а в 1801 году русский академик Н.И. Фусс предложил гипотезу о пропорциональности между осадкой поверхности грунта и давлением.

II период. Начиная со второй половины XIX века, объем строительства заметно возрастает, возникает необходимость в разработке более совершенных и экономически оправданных вариантов фундаментов и методов их расчета. Г.Э.Паукер в 1856 году вывел формулу для безопасной глубины заложения подошвы фундамента. Впервые роль процессов сжатия грунта под нагрузкой установил В.Карлович в книге "Основания и фундаменты" в 1869 году.

Ряд капитальных работ, посвященных расчету оснований и фундаментов, был выполнен В.И. Курдюмовым в книге, опубликованной в 1897 году. Эти труды были развиты в 1912-1914 годах профессором Томского технологического университета П.А.Миняевым. Большой вклад в совершенствование методов расчета и проектирования фундаментов внесли СИ. Белзецкий, К.К.Янковский, Н.П.Пузыревский. В 1841 году французский инженер Триже применил кессонный способ проходки водонасыщенных грунтов под сжатым воздухом. Первый паровой молот был изобретен в 1845 году инженером Несмитом и применен при строительстве мостов в Англии. Далее молоты совершенствовались, что позволило забивать мощные железобетонные сваи.

В России до середины XIX века в качестве фундаментов опор мостов применялись ряжевые опоры, сооружаемые на каменной наброске, а также свайные фундаменты. Кессоны начали применять в 1856 году. Деревянные кессоны построил инженер Е.К.Кнорре в 1890 году, а в 1899 году A.M. Лентовский создал железобетонные кессоны. Большой вклад в развитие этого способа фундаментостроения внесли Г.И.Зингоренко., Е.В.Платонов, Н.В.Озеров.

В 1899 году киевский инженер А.Э.Страус впервые предложил способ изготовления бетонных набивных свай. В 1917 году профессор Н.М.Герсеванов предложил формулу динамического расчета свай.

Таким образом, в 20-е годы XX века на основе практики и проведенных исследований создалась база для оформления накопленных знаний в самостоятельную научную дисциплину "Механика грунтов, основания и фундаменты".

III период. С 20-х годов XX века начинается бурное и плодотворное развитие механики грунтов и науки об основаниях и фундаментах. За рубежом важный вклад в развитие фундаментостроения внесли ученые К.Терцаги, А.Казагранде, А.Скемптон, разработавшие и опубликовавшие фундаментальные работы, заложившие основы науки "Механика грунтов".

В России следует выделить труды таких выдающихся ученых, как Н.М.Герсеванов, Н.А.Цытович, В.В.Соколовский, В.А.Флоренский, Н.Н.Маслов, Б.И.Далматов и др. Они разработали методы расчета фундаментов, вопросы деформирования оснований, расчеты оснований с учетом ползучести грунтов и методы искусственного закрепления грунтов оснований.

После окончания войны, в послевоенный период перед транспортными строителями встали исключительно сложные задачи, связанные с восстановлением в сравнительно короткий срок мостов, разрушенных во время войны.

Были освоены новые экономичные конструкции фундаментов, созданы новые методы их сооружения, стали широко применяться фундаменты на буровых столбах, сваях-оболочках и опускных колодцах.

В 70-х годах XX века перед транспортными строителями встали новые крупномасштабные задачи, связанные с сооружением БАМа и мостов в условиях вечномерзлых грунтов. Были разработаны и освоены конструкции безростверковых опор, новые методы бурения скважин большого диаметра в вечномерзлых грунтах, способы погружения свай-оболочек, не имеющие аналогов в мире.

Большой вклад в практическое решение перечисленных технических задач внесли сотрудники институтов Ленгипротранс, Гипротрансмост, Мосгипротранс, Сибгипротранс, Гипростроймост и Главное управление по строительству мостов Минтрансстроя.