6017

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Ю.С.Григорьев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Проектирование, строительство, экс-

плуатация зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Ю.С.Григорьев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине «Проектирование, строительство, экс-

плуатация зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 69; 728.1.012

Григорьев Ю. С. Проектирование, строительство, эксплуатация зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Ю. С. Григорьев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 63 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Предметом изучения курса являются проблемы проектирования, строительства и эксплуатации объектов недвижимости различного функционального назначения в сложных ин- женерно-геологических условиях.

Лекции содержат основные толкования официальных терминов, применяемых в отечественной проектно-строительной практике. Цель настоящего курса лекций - дать представление студентам о проблемах, путях и тенденциях проектирования, строительства и эксплуатации промышленных, жилищно-гражданских объектов в сложных инженерногеологических условиях городской застройки, а также о порядке создания проектностроительной продукции.

Основополагающей задачей курса является создание у студента стартового потенциала в виде ключевых социально-экономических компетенций.

Реализация поставленных задач призвана обеспечить успешную практическую деятельность после окончания учѐбы и формирование умения учиться «всю жизнь», творчески искать и понимать всё новое.

В пособии приведены рекомендации по изучению курса лекций по проектированию, строительству, эксплуатации зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. Приведены основные особенности изучения лекций, изложены основные положения по освоению студентами основных тем курса: основные особенности формирования знаний, умений и владений данным предметом; рассматриваются: определение сложности геологической среды; основные положения проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям по учебной дисциплине Б1.В.ДВ.1.6 Проектирование, строительство, эксплуатация зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений.

РЕКОМЕНДАЦИИ ОБУЧАЮЩИМСЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛЕКЦИЯМ И ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Цель курса – формирование у обучающихся определенного состава компетенций, которые базируются на характеристиках будущей профессиональной деятельности: приобретение будущими бакалаврами твердых теоретических знаний и практических навыков по вопросам ценообразования в рыночной экономике.

Методы изучения материала - активная работа на лекциях и практических занятиях, самостоятельная работа студентов с литературными источниками, выполнение расчетной работы.

Основные виды учебных занятий - лекции, практические занятия, расчетная работа, зачет.

Учебные задачи - ознакомление студентов с сущностью цены как экономической категории, классификацией цен, ценообразующими факторами и этапами процесса ценообразования, основными методами расчета цен на товары.

Лекции – форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Важно понять, что лекция не является копией учебника, а скорее – обобщением многочисленной литературы, авторской разработкой, которая отражает опыт преподавателя его представления о том, что студент должен знать.

Правильно законспектированный лекционный материал позволяет студенту создать устойчивый фундамент для самостоятельной подготовки, дает возможность получить и закрепить полезную информацию. Именно на лекции создаются основы для эффективной и плодотворной работы с информацией, которая нужна студенту, как в профессиональной, так и в повседневной жизни.

Восприятие лекции и ее запись - это процесс постоянного сосредоточенного внимания, направленного на понимание рассуждений лектора, обдумывание полученных сведений, их оценку и сжатое изложение на бумаге в удобной для восприятия форме. То есть, самостоятельная работа студента на лекции заключается в осмыслении новой информации и ее краткой рациональной записи. Правильно записанная лекция позволяет глубже усвоить материал, успешно подготовиться к практическим занятиям, зачетам и экзаменам.

Для выполнения студентом сразу двух видов работы, то есть осмысленного прослушивания лекции и ее правильной записи нужно сосредоточиться на содержании излагаемого материала и овладеть навыком быстрого письма. Процесс конспектирования лекции можно ускорить с помощью некоторых приемов.

Во-первых, слушая лекцию, нужно из всего получаемого материала выбирать и записывать самое главное. Следует знать, что главные положения лекции преподаватель обычно выделяет интонацией или повторяет несколько раз. Именно поэтому предварительная подготовка к лекции позволит студенту уловить тот момент, когда следует перейти к конспектированию, а когда можно просто внимательно слушать лекцию. В связи с этим нелишне перед началом сессии еще раз бегло просмотреть учебную литературу по изучаемому предмету. Это станет первичным знакомством с тем материалом, который прозвучит на лекции, а также создаст необходимый психологический настрой.

Во-вторых, чтобы правильно и быстро конспектировать лекцию важно учитывать, что способы подачи лекционного материала могут быть разными. Преподаватель может диктовать материал, рассказывать его, не давая ничего под запись, либо проводить занятие в форме диалога со студентами. Чаще всего можно наблюдать соединение двух или трех вышеназванных способов.

Так или иначе, независимо от способа прочтения лекции студенту важно найти баланс между активным слушанием и конспектированием. Практика показывает, что удачное решение этой проблемы позволяет студенту длительное время хранить в памяти сведения, полученные им на лекции.

5

В-третьих, эффективность конспектирования зависит от умения владеть правильной методикой записи лекции. Конечно, способы конспектирования у каждого человека индивидуальны. Однако существуют некоторые наиболее употребляемые и целесообразные способы записи лекционного материала.

1.Запись лекции можно вести в виде тезисов – коротких, простых предложений, фиксирующих только основное содержание материала. Количество и краткость тезисов может определяться как преподавателем, так и студентом. Естественно, что такая запись лекции требует впоследствии обращения к дополнительной литературе.

2.Кроме тезисов важно записывать примеры, доказательства, даты и цифры, имена. Значительно облегчают понимание лекции те схемы и графики, которые вычерчивает на доске преподаватель. По мере возможности студенты должны переносить их в тетрадь рядом

стем текстом, к которому эти схемы и графики относятся. Следует помнить, что яркий запоминающийся пример является добавочным элементом к основному материалу лекции и не может его полностью заменить.

3.Конспект лекции целесообразно дополнить собственными мыслями, суждениями, вопросами, возникающими в ходе прослушивания содержания лекции. Те вопросы, которые возникают у студента при конспектировании лекции, не всегда следует задавать сразу при их возникновении, чтобы не нарушить ход рассуждений преподавателя. Студент может попытаться ответить на них сам в процессе подготовки к практическим занятиям либо обсудить их с преподавателем на консультации.

4.При составлении конспектов важно выработать индивидуальную систему записи материала, научиться рационально сокращать слова и отдельные словосочетания.

Качественно записанные лекции оказывают существенную помощь в овладении материалом, однако студентам для получения всесторонних и глубоких знаний обязательно требуется изучить рекомендованную учебную и научную литературу по предмету.

В целом, состояние конспекта лекции позволяет преподавателю оценить уровень информированности студента. Важно помнить, что преподаватель может проверить, как записана лекция, а также требовать использовать ее при подготовке к практическим занятиям, зачету и экзамену. Таким образом, правильно составленный конспект лекции это демонстрация компетентности и интеллектуальной зрелости студента.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Основание сооружения - массив грунта, взаимодействующий с сооружением. Фундамент сооружения - часть сооружения, которая служит для передачи нагрузки от

сооружения на основание.

Подземное сооружение - сооружение или часть сооружения, расположенная ниже уровня поверхности земли.

Малозаглубленный фундамент - фундамент с глубиной заложения подошвы выше расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

Осадки - вертикальные составляющие деформаций основания, происходящие в результате внешних воздействий или от собственного веса грунта, не сопровождающиеся изменением его структуры.

Просадки - вертикальные составляющие деформаций основания, происходящие в результате изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта, при воздействии дополнительных факторов, таких, например, как замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.

Подъемы и осадки - вертикальные составляющие деформаций основания, связанные с изменением объема грунтов: а) при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка); б) при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта).

6

Оседания - вертикальные составляющие деформаций земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т.п.

Горизонтальные перемещения - горизонтальные составляющие деформаций основания, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными деформациями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.

Провалы - вертикальные составляющие деформаций земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями, горными выработками или зонами суффозионного выноса грунта.

Малоэтажные здания - жилые и общественные здания высотой, не превышающей три этажа.

Высотные здания - здания высотой более 75 м.

Уникальные сооружения - сооружения, для которых удовлетворяется одно из следующих требований:

-высота более 100 м;

-пролет более 100 м;

-глубина подземной части или заглубление подземного сооружения более чем 10 м ниже планировочной отметки;

-вылет консолей более 20 м;

-наличие конструкций и конструктивных систем, в отношении которых применяются нестандартные методы расчета с учетом физических или геометрических нелинейных свойств, либо разрабатываются специальные методы расчета.

Водоупор или водоупорный слой грунта – непроницаемый или малопроницаемый слой грунта, фильтрацией подземных вод через который можно пренебречь.

Барражный эффект - подъем уровня подземных вод перед преградой на пути фильтрационного потока.

Особые условия - условия, характеризующиеся наличием:

-неблагоприятных геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, горные подработки, оползни и т.д.);

-сейсмических, динамических, вибрационных и других воздействий;

-специфических грунтов (просадочные, набухающие, засоленные и др.).

Силы отрицательного (негативного) трения - силы, возникающие на боковой по-

верхности фундаментов и подземных частей сооружений, при перемещении грунтов вниз относительно заглубленных конструкций.

Армированный массив грунта - массив грунта, для которого в заданной области по глубине и в плане проведены мероприятия, направленные на повышение прочностных и деформационных характеристик путем устройства грунтовых свай, частичного закрепления грунтового массива, использованием геотекстиля и т.п.

Выравнивание сооружения – а) подъем сооружения или отдельных его частей с помощью домкратов или других приспособлений; б) опускание сооружения путём замачивания грунтового основания или выборки грунта при неравномерных деформациях, превышающих предельные.

Компенсационные мероприятия - мероприятия, направленные на сохранение или восстановление напряженно-деформированного состояния оснований реконструируемых сооружений или сооружений окружающей застройки и гидрогеологического режима основания.

Окружающая застройка - существующие здания, сооружения и инженерные коммуникации, расположенные вблизи объектов нового строительства или реконструкции.

Зона влияния нового строительства или реконструкции - расстояние, за пределами которого негативное воздействие на окружающую застройку пренебрежимо мало.

7

Специализированные организации: Организации основным направлением деятельности которых является выполнение комплексных инженерных изысканий и проектирование оснований, фундаментов и подземных частей сооружений, располагающие квалифицированным и опытным персоналом, с соответствующим сертифицированным оборудованием и программным обеспечением.

1. Просадочные грунты

1.1.Основания, сложенные просадочными грунтами, проектируются с учетом их особенности, заключающейся в том, что при повышении влажности выше определенного уровня происходит снижение прочности грунта и происходят дополнительные деформации уплотнения - просадки - от внешней нагрузки и (или) собственного веса грунта.

1.2.При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, необходимо учитывать возможность повышения их влажности за счет:

а) замачивания грунтов: а) сверху из внешних источников и (или) б) снизу при подъеме уровня подземных вод;

б) накопления влаги в грунте вследствие инфильтрации поверхностных вод и экранирования поверхности.

1.3.Просадочные грунты характеризуются относительной просадочностью esl и начальным просадочным давлением psl.

Нормативные значения esl и psl вычисляют как средние значения результатов их определений по ГОСТ 20522, а расчетные значения допускается принимать равными нормативным (gg = 1).

1.4. При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны учитываться:

а) просадки от внешней нагрузки ssl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки hsl,p, измеряемой от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна;

б) просадки от собственного веса грунта ssl,g, происходящие в нижней зоне просадки hsl,g, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление psl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;

в) неравномерность просадки грунтов Dssl;

г) горизонтальные перемещения основания usl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса;

д) возможная потеря устойчивости откосов и склонов; е) дополнительные нагрузки, возникающие вследствие образования в грунтовой толще

водных куполов; ж) дополнительные осадки подстилающего просадочную толщу грунтов, происходя-

щие за счет изменения напряженного состояния грунтового массива. и) просадка грунтов при относительной просадочности esl ³ 0,01.

1.5. При определении просадок грунтов и их неравномерности следует учитывать:

-характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок);

-возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.;

8

- дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.

Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших площадей (ширина замачиваемой площади Bw равна или превышает толщину слоя просадочного грунта - просадочную толщу Hsl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса ssl,g а при замачивании сверху малых площадей (Bw < Hsl) проявляется только ее часть s'sl,g.

1.6.Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса подразделяют на два типа:

I тип - грунтовые условия, в которых возможна в основном просадка грунтов от внешней нагрузки, а просадка грунтов от собственного веса отсутствует или не превышает 5 см;

II тип - грунтовые условия, в которых помимо просадки грунтов от внешней нагрузки возможна их просадка от собственного веса и ее величина превышает 5 см.

1.7.Расчет оснований, сложенных просадочными грунтами, производят в соответствии

стребованиями раздела 5 (СП 22-13330-2011).

При этом деформации основания определяют суммированием осадок и просадок. Осадки основания определяют без учета просадочных свойств грунтов исходя из деформационных характеристик грунтов при установившейся влажности.

Установившееся значение влажности принимают равным природной влажности w, если w > wp, и влажности на границе раскатывания wp, если w < wp.

Следует также учитывать дополнительные осадки подстилающих просадочную толщу грунтов, которые могут быть вызваны изменением напряженного состояния грунтового массива из-за нагрузок: от зданий и сооружений, грунтовых подушек, подсыпок при выполнении вертикальной планировки, а также от веса воды при водонасыщении просадочной толщи и т.п.

1.8. Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов принимают равным:

а) начальному просадочному давлению psl при устранении возможности просадки грунтов от внешней нагрузки путем снижения давления по подошве фундамента;

б) значению, вычисленному по формуле 5.7 (СП 22-13330-2011) с использованием расчетных значений прочностных характеристик (ϕп и сп) в водонасыщенном состоянии.

При невозможности замачивания просадочных грунтов расчетное сопротивление грунта основания R определяют по формуле 5.7 с использованием прочностных характеристик этих грунтов при установившейся влажности.

При определении расчетного сопротивления грунта основания при возможности его замачивания до полного водонасыщения коэффициенты условий работы γс1 и γc2 принимают по таблице 5.4 (СП 22-13330-2011) как для глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0,5, а при невозможности замачивания - с показателем текучести IL ≤ 0,5.

1.9.Предварительные размеры фундаментов сооружений I и II уровней ответственности, возводимых на просадочных грунтах, назначают исходя из расчетных сопротивлений

основания R0, принимаемых по таблице В.4 приложения В (СП 22-13330-2011). Указанными значениями R0 допускается пользоваться также для назначения оконча-

тельных размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, в которых отсутствует мокрый процесс.

1.10.При устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплением для сооружений I и II уровней ответственности необходимо обеспечить, чтобы полное давление

9

на кровлю подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя не превышало начальное просадочное давление psl.

1.11.Расчеты просадки грунтового основания выполняются в соответствии с требова-

ниями раздела 6.1 (СП 22-13330-2011).

1.12.При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, в случае их возможного замачивания должны предусматриваться мероприятия, исключающие или снижающие до допустимых пределов просадки оснований и (или) уменьшающие их влияние на эксплуатационную надежность сооружений.

Рисунок 1.1 Схемы к расчету просадок основания фундаментов

а - просадка от собственного веса ssl,g отсутствует (не превышает 5 см), возможна только просадка от

внешней нагрузки ssl,p в верхней зоне просадки hsl,p (I тип грунтовых условий); б, в, г - возможна просадка от собственного веса ssl,g в нижней зоне просадки hsl,g начиная с глубины zg (II тип грунтовых

условий); б - верхняя и нижняя зоны просадки не сливаются, имеется нейтральная зона hn; в - верхняя и нижняя зоны просадки сливаются; г - просадка от внешней нагрузки отсутствует; 1 - вертикальные напряжения от собственного веса грунта zg; 2 - суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта z = zp + zg; 3 - изменение с глубиной начального просадочного давления psl; Hsl - толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); d - глубина заложения фундамента.

В случае невозможности замачивания основания в течение всего срока эксплуатации сооружения (с учетом его возможной реконструкции) просадочные свойства грунтов допускается не учитывать, однако в расчетах должны использоваться физико-механические характеристики грунтов, соответствующие установившейся влажности.

1.13.Расчет просадки в грунтовых условиях I типа не производят, если в пределах всей просадочной толщи сумма вертикальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта не превышает начальное просадочное давление psl.

1.14.При возможности замачивания грунтов основания следует предусматривать:

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи; б) прорезку просадочной толщи фундаментами, в том числе свайными и массивами из

закрепленного грунта; в) комплекс мероприятий, включающий частичное устранение просадочных свойств

грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия.

В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочных свойств грунтов или прорезкой просадочной толщи фундаментами глубокого заложения должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генплана.

Выбор мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, взаимосвязи проектируемых сооружений с сооружениями окружающей застройки .

1.15. Устранение просадочных свойств грунтов достигается: 10