Все здания и сооружения либо построены на грунтовом основании (например, жилые дома) либо возведены из грунта (например, насыпи, грунтовые плотины и т.д.) либо расположены в его толще (например, подземные паркинги, метро, и т.д.).

Их прочность, устойчивость и нормаль­ная эксплуатация определяются конструктивными осо­бенностями сооружения, свойствами грунта и условиями вза­имодействия сооружения и основания.

Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стои­мости сооружений, трудозатраты 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.

Механика грунтов изучает физические и механические свойства грунтов, методы расчета напряженно - деформированного состояния оснований, устойчивости грунтовых массивов, а также особенности взаимодействия грунта со зданиями и сооружениями.

Опыт фундаментостроения и устройства грунтовых сооружений насчитывает тысячелетия. Со времен древнего Египта известно имя выдающегося строителя пирамид и архитектора Имхотепа. При этом до промышленной революции (конец XVIII- начало XIX вв.) строительство оставалось скорее искусством, чем наукой. В ходе промышленной революции возникла необходимость формирования научного подхода ко всем отраслям строительства (в том числе фундаментостроения).

Появляются классические работы о закономерностях поведения грунтов под нагрузкой:

1. о давлении грунта на подпорные стенки (Ш. Кулон, 1773);

2. о движении воды в грунтах (Г. Дарси, 1856);

3. о связи между давлением и осадкой (Е. Винклер, 1867);

4. о распределении напряжений в полупространстве от действия приложенной к его верхней границе сосредоточенной вертикальной силы (Е. Буссинеск, 1885).

Считают, что научные основы современной механики грунтов начали формироваться в 1925 г., когда на немецком языке выходит фундаментальный труд американского ученого проф. Карла Терцаги “Строительная механика грунтов”. Дальнейшее развитие эти идеи получили в работах русского ученого проф. Н.М.Герсеванова (1925-1933гг.). Приблизительно в это же время были созданы основы новой науки - инженерной геологии.

В основу дальнейшего формирования механики грунтов легли исследования в области механики деформируемого тела, а также в области геологии и гидрогеологии.

Механика грунтов основывается на законах теоретической механики (механики абсолютно твердых несжимаемых тел) и законах строительной механики (упругости, пластичности, ползучести).

Основы строительного грунтоведения Грунтовые основания. Происхождение и условия формирования грунтов

Грунт – любая горная порода или почва, представляющая собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени и служащую основанием, материалом или средой для инженерных сооружений.

Почва – поверхностный плодородный слой грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.

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 породы с различным составом и свойствами, определяющее ее строение. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания и бывает массивной, слоистой и сетчатой.

Горная порода, а следовательно, и грунт представляют собой не случайное скопление минералов, а закономерную и определенным образом построенную совокупность. Это имеет исключительно большое значение для строительства. Закономерно построенных совокупностей горных пород в природе выделяется большое, но ограниченное количество. Наличие в природе однотипных грунтов, широко распространенных в разных частях Земли, служит основанием для разработки стандартных приемов строительства и применения типовых конструкций фундаментов.

Всякое сооружение располагается на грунтовом основании и составляет с основанием единую систему.

Грунтовое основание – это напластования грунтов, которые воспринимают на себя нагрузки от инженерных сооружений.

Различают естественные основания, сложенные природными грунтами без специальной их предварительной подготовки, и ис­кусственные, 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 зависимости от геологического строения участка застройки, строение основания даже на близко расположенных участках может быть различным (рис. 1). Обычно основание состоит из нескольких типов грунтов, определенным образом сочетающихся в пространстве. Иногда основание может состоять из грунта одного типа.

В случае слоистого напластования грунтов различают несущий слой грунта, на который непосредственно опирается фундамент, и подстилающие 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, взаимодействуя в то же время с основаниями из грунта естественного происхождения.

Рис. 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

Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки строительства.

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.

Механика грунтов, вместе с инженерной геологией составляет особый цикл строительных дисциплин, работающих с материалами природного происхождения, свойства которых определены природой и могут существенно различаться.