книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

У Д К 624 625 : 626/627

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра грунтоведения и инженерной геологии

Ленинградского университета; профессор доктор технических наук А. Л. Р у б и н ш т е й н

30206—026

М------------------------180—74 077(02)—74

Го) Издательство Московского университета, 1974 г.

П р е д и с л о в и е

Настоящее пособие предназначено для студентов специальности гидро­ геология и инженерная геология геологических факультетов универси­ тетов, а также других высших учебных заведений, в которых нет отдельных курсов по основам строительного дела, строительным мате­ риалам, основаниям и фундаментам.

По различным разделам строительного дела, в частности по таким видам строительства, как промышленное и гражданское, гидротехниче­ ское и портовое, дорожное и мостовое, аэродромное, тоннельное, а также по фундаментостроению, строительным материалам и производ­ ству земляных работ, в литературе имеется большое число весьма со­ вершенных руководств и пособий. Однако единого пособия, в котором кратко рассматривались бы все виды строительства, в учебной литера­ туре нет.

Кроме того, в специальной строительной 'литературе обычно мало уделяется внимания влиянию особенностей инженерно-геологической обстановки на выбор типа сооружения, способа опирания его на грун­ товую толщу (или вмещения в нее) и метода ведения строительных работ. В настоящем пособии автор стремился восполнить э.т.ат пробел и возможно полнее отразить влияние природных условий как на выбор определенных конструктивных особенностей сооружений, так и на ме­ тоды их возведения.

Предлагаемое пособие составлено в соответствии с программой курса «Инженерные сооружения (с основами строительного дела)», разработанной для геологических факультетов проф. П. В. Орнатским, читавшим до 1958 г. этот курс на геологическом факультете Москов­ ского государственного университета им. М. В. Ломоносова. В даль­ нейшем программа курса несколько раз расширялась и дополнялась.

Пособие содержит основной материал, излагаемый при прохожде­ нии курса, и состоит из введения и двух частей.

Во введении кроме общих положений планирования и организации строительства дается представление о системе инженерно-геологической службы на разных стадиях исследований и проектирования и отмечает­

представление о строительных материалах и производстве земляных работ и приводятся данные по фундаментостроению (рассматриваются основные типы и конструкции фундаментов и условия их работы, а также методы их возведения в различных инженерно-геологических условиях).

Вторая часть посвящена отдельным видам инженерных сооружений. Начинается она с рассмотрения гидротехнических сооружений, часто весьма значительных по размерам и тяжелых, вызывающих глубокие изменения в природной обстановке. Так, в результате их возведения

3

в основании создаются высокие напряжения, возникает фильтрацион­ ный поток, затапливаются большие территории, происходят деформации берегов и прилегающей к гидроузлу местности и т. п. Инженерно-гео­ логическое обоснование проектирования гидротехнических сооружений обладает определенной спецификой и связано обычно с проведением большого объема инженерно-геологических исследований. При этом большое внимание уделяется определению тектонического строения тер­ ритории, неотектоническим движениям, сейсмической активности и микросейсмическому районированию, что необходимо для правильной оценки и прогноза условий устойчивости плотин и связанных с ними водохранилищ.

В главы V— IX, входящие во вторую часть пособия, включены све­

дения о транспортных сооружениях, размещаемых преимущественно на дневной поверхности или на небольшой глубине. Для большинства из них характерна линейность расположения, что сказывается не только на методах возведения сооружений, но и на постановке инженерно-гео­ логических исследований и методах их проведения. Многие из этих сооружений оказывают относительно небольшие нагрузки на основание, хотя портовые и мостовые конструкции часто являются весьма тяже­ лыми.

В главе X «Тоннели» рассматривается особый тип транспортных и гидротехнических сооружений — подземный. Эти сооружения служат

для размещения в них дорожных конструкций и в качестве водоводов. Располагаются они часто на большой глубине от дневной поверхности, пересекают отдельные участки горных массивов, проходят под реками

ские явления, как горное давление, деформации стенок выработок, про­ седание вышележащих толщ и т. п. Для обоснования проектирования этих сооружений требуется проведение специальных, часто весьма слож­ ных инженерно-геологических исследований.

ВXI главе рассматриваются основные конструкции промышленных

игражданских зданий и сооружений, располагаемых обычно без боль­ шого заглубления в толщу пород (за исключением специального их подземного расположения), на относительно небольших по площади строительных площадках; даются общие представления о надфундаментной части конструкций этих сооружений. Выбор типа и конструк­ ции фундаментов этих сооружений в зависимости от особенностей инженерно-ге логической обстановки рассмотрены в главе III «Фундаментостроение».

Весьма широкий круг вопросов, освещаемых в пособии, а также ознакомительный характер самого курса привели к тому, что материал изложен весьма кратко, а местами конспективно. Для того чтобы чита­ тели могли легче найти более подробные сведения по отдельным воп­ росам курса, по каждому разделу дается перечень основной литерату­ ры. Для лучшего усвоения материала пособие хорошо иллюстрировано.

Автор считает своим долгом отметить большую роль проф П. В. Орнатского в создании курса <*-Инженерные сооружения (с осно­

4

В в е д е н и е

Строительная деятельность началась с древнейших вре­ мен, когда человек начал строить себе жилище и всевоз­ можные укрепления.

По мере роста общей культуры строительная деятель­ ность человека расширялась, и уже в периоды расцвета древних культур (на Ближнем Востоке, севере Африки, в Азии и Америке) мы находим памятники высокоразвитого строительства. Однако все эти замечательные памятники древности были сооружены с применением примитивной техники и с использованием колоссального количества руч­ ного труда.

Только после того как на смену ручному труду при­ шел труд механизированный (двигатели, работающие на энергии пара или при сгорании топлива, а также на элект­ рической энергии), строительная деятельность человека резко изменилась. Механизация многих трудоемких строи­ тельных работ резко увеличила производительность труда и интенсифицировала строительство. Этому способствовало также применение гидромеханических способов разработ­ ки, транспорта и укладки грунта, а также ряд других вы­ сокопроизводительных способов ведения строительных ра­ бот. Кроме того, получение такого строительного материа­ ла, как цемент, также существенно расширило 'возможно­ сти строительства всех видов сооружений.

В настоящее время масштабы возводимых сооруже­ ний, как и вообще объемы строительных работ, исключи­ тельно велики. Строительная практика знает примеры таких гигантских сооружений, как массивные бетонные плотины Красноярской и Братской ГЭС высотой свыше 100 м, каменнонабросная плотина Нурекской ГЭС высотой свыше 250 м, арочная плотина Ингурской ГЭС высотой свыше 200 м, каналы длиной в несколько сотен километ­ ров, телевизионная башня в Останкине высотой 533 м. В процессе строительства находятся такие колоссальные комплексы сооружений, как системы плотин с водохрани­ лищами и каналами, обеспечивающие переброску части стока рек Печоры и Сев. Двины в бассейн рек Камы и Волги, системы сооружений по переброске части стока рек Оби и Иртыша в Карагандинский район и в бассейны Аральского и Каспийского морей. Не менее интенсивна деятельность человека и в связи с подземным строительст­ вом и разработкой полезных ископаемых. Так, подземные сооружения закладываются на глубину, иногда превышаю­

(1

щую 1 км, длина ряда отдельных тоннелей достигает нес­ кольких километров, а протяженность линий городских подземных железных дорог (метрополитенов) в ряде го­ родов мира превышает 150—200 км.

При осуществлении своей строительной деятельности человек в настоящее время ежегодно выполняет настоль­ ко большие объемы строительных работ, что они соизме­ римы с геологическими процессами, протекающими на Земле. Так, только объемы земляных работ, выполняемых за один год при гидротехническом строительстве и добыче полезных ископаемых, составляют многие миллионы куби­ ческих метров, что вполне сопоставимо с производитель­ ностью таких природных процессов, как эрозионная дея­ тельность рек. Вообще при своей современной строитель­ ной деятельности человек настолько глубоко внедряется в поверхностные горизонты земной коры и так сильно ме­ няет природную обстановку (рельеф, микроклимат и т. п. как при гидротехническом строительстве, так и при воз­ ведении городов и промышленных узлов), что его дея­ тельность следует рассматривать как мощный геологиче­ ский фактор. На эту роль человека указывал еще акад. В. И. Вернадский: «С человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты» !. Об этом же ярко говорит и акад. А. В. Сидо­ ренко в своей брошюре «Человек — техника —■земля» (1967), приводя данные о глубинах разработки полезных ископаемых, объемах извлекаемых пород, количестве от­ сыпаемых отвалов и других работах, коренным образом изменяющих природную обстановку на достаточно боль­ ших территориях.

Крупное городское, промышленное, гидротехническое и транспортное строительство во всех странах мира нача­ лось примерно в одно и то же время и было вызвано раз­ витием промышленности. Проводилось оно в основном сти­ хийно и неравномерно, а в ряде случаев односторонне. Та­ кое неравномерное развитие народного хозяйства и свя­ занного с ним строительства было характерно для капита­ листического периода развития стран.

Совершенно иные условия развития всего народного хозяйства были созданы в нашей стране Великой Ок­ тябрьской социалистической революцией. Комплексное ис­ пользование производительных сил страны было положе­

7

ным их использованием. Поэтому все виды строительства стали направляться на осуществление общих планов раз­ вития страны в целом и ее отдельных районов в частно­ сти. Была разработана система в изучении природных ресурсов, планирование ее использования и проектирова­ ния тех или иных предприятий и сооружений.

По мере накопления опыта освоения природных ре­ сурсов, строительства и эксплуатации предприятий и сооружений система проектирования совершенствовалась. Были разработаны рациональные требования по обеспече­ нию проектирования и строительства необходимыми гео­ логическими и другими данными и созданы единые для всей страны нормативные документы, регламентирующие проектирование и строительство.

Так, в 1954 г. Госстроем СССР были разработаны единые строительные нормы и правила (СНиП), сменив­ шие технические условия и нормы (ТУиН и НиТУ), выпускавшиеся ранее разными ведомствами, устанавли­ вающие основные положения проектирования и строитель­ ства всех видов сооружений. Позднее эти документы сис­ тематически пересматривались и совершенствовались.

Решение той или иной народнохозяйственной пробле­ мы в нашей стране теперь осуществляется обычно по от­ дельным стадиям. Наиболее ранней стадией, на которой решаются самые принципиальные вопросы о схеме исполь­ зования ресурсов, о схеме размещения комплексов пред­ приятий и т. п., являются «Схема комплексного использо­ вания», «Технико-экономическое обоснование» (ТЭО), «Схема районной планировки» или «Генеральная схема». Так, на стадии ТЭО использования энергетических или водных ресурсов какого-либо водотока решаются вопросы о разбивке бассейна реки на отдельные участки с пример­ ным установлением высот плотин, ориентировочных мощ­ ностей гидростанции, объемов водохранилищ, объемов воды, используемых для орошения, и т. п. На стадии схе­ мы районной планировки города решаются вопросы о размещении жилых и промышленных районов, местополо­ жений источников водоснабжения и очистных сооруже­ ний, лесопарковых массивов, административных и спор­ тивных комплексов и т. п.

После этих предпроектных работ переходят к стади­ ям проектирования. Долгое время практиковалось трех­ стадийное проектирование, включавшее стадии проектного задания, технического проекта и стадии рабочих черте­ жей.

На стадии проектного задания решались все основ­ ные вопросы выбора типа и конструкции сооружения, его параметров и компоновки, а также все принципиальные

8

вопросы сопряжения сооружений с породами основания или среды размещения. В это же время решался и вопрос об обеспечении строительства природными строительными материалами. На этой стадии определялась стоимость сооружения и выбирался способ ведения строительных работ.

При составлении технического проекта велось уточ­ нение вопросов, решенных в принципе при составлении проектного задания, и детализировались конкретные воп­ росы конструкций. После этого разрабатывались рабочие чертежи, по которым возводилось сооружение.

Трехстадийное проектирование велось преимуществен­ но для уникальных сооружений. Проектирование менее ответственных сооружений проводилось обычно по двух­ стадийной схеме, при которой составлялось расширенное проектное задание, после чего разрабатывались рабочие чертежи.

В настоящее время схема трехстадийного проектиро­ вания применяется только в исключительных случаях, когда комплекс сооружений является уникальным и требу­ ет решения слаборазработанных проблем. Во всех осталь­ ных случаях обычно применяют двухстадийную схему, при которой составляется технический проект, а после его ут­ верждения — рабочие чертежи.

Для ускорения и удешевления строительства, особен­ но такого, как промышленное и гражданское, широко ис­ пользуется типовое проектирование, при котором разра­ батываются типовые проекты целых зданий и сооружений, которые в дальнейшем «привязываются» к природной обстановке и приспосабливаются к требованиям техноло­ гии производства. Это существенно облегчает использова­ ние стандартных деталей и узлов, изготовляемых на заводах строительных конструкций, что в свою очередь позволяет вести строительство индустриальными методами путем сборки и монтажа готовых конструкций. Такие ин­ дустриальные методы строительства особенно широко применяются при сооружении промышленных предприя­ тий, при домо-, мосто- и трубопроводостроении и частично при гидротехническом строительстве, тоннелестроении и в дорожном деле.

Условия работы всякого инженерного сооружения — его устойчивость, долговечность и обеспечение нормальных условий эксплуатации •— в существенной степени зависят от особенностей геологического строения и инженерно-гид­ рогеологических условий района и участка его расположе­ ния. Больше того, инженерно-геологические условия часто являются определяющими при выборе конструкции и спо­ соба ведения строительных работ по возведению фунда­

9