Механика грунтов, основания и фундаменты. 2-е изд.

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 3.4.1. 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 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 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 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 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 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 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 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