История формирования и развития фундаментостроения как науки. Пути дальнейшего развития теории и практики фундаментостроения. €

Без знаний свойств грунтов и их поведения под нагрузкой невозможно осуществить строительство зданий и сооружений.

Частые случаи деформаций и повреждений зданий и сооружений, основанных на нескальных грунтах, побуждали к поискам более эффективных методов обеспечения их долговечности и надёжности. Сначала строители пришли к выводу, что размеры фундаментов и нагрузки на них должны определяться в зависимости от прочности грунтов основания, полагая, что значительные осадки, представляющие опасность для сооружения, являются нарушением прочности грунтов. На основе опыта строительства и наблюдений за поведением сооружений в большинстве стран были составлены таблицы так называемых “допустимых давлений” на основания, сложенные различными грунтами.

Ещё в конце XYIII века прочность грунтов стали рассматривать как их сопротивление сдвигу, и на этой основе Ш.Кулон в 1773 г. разработал способ расчёта давления сползающего грунта на подпирающую его стену. Затем основные положения расчёта были использованы для определения сопротивления оснований разрушению при действии нагрузки от сооружения и для расчёта устойчивости откосов и склонов.

Однако, уже в первой половине XIX века было установлено, что ещё до наступления разрушения, основание испытывает осадки за счёт уплотнения грунта под давлением сооружения. Во второй половине XIX века была решена задача о распределении напряжений в основании (в 1885 г. Был опубликован труд профессора Ж.Буссинеска “О распределении напряжений в упругой почве от сосредоточенной силы”), рассматриваемом как упругий массив. Эта работа была использована учёными для определения напряжения в грунтах при различном их загружении.

Профессором П.А. Миняевым в 1915 г. опубликована работа о применении теории упругости к расчёту напряжений в сыпучих грунтах.

В 1923 г. профессор Н.П. Пузыревский предложил “Общую теорию напряжённости землистых грунтов”, применив теорию упругости к расчёту оснований.

Особенно значительный прогресс в рассматриваемой области был достигнут благодаря работам доктора К.Терцаги, который в 1923 г. опубликовал математически строгое решение об условиях консолидации глин во времени под воздействием приложенной к ним нагрузки. Помимо теории консолидации и других оригинальных исследований инженеры-строители обязаны К.Терцаги также и первыми попытками координировать и систематически применять в практике фундаментостроения результаты инженерного изучения грунтов, увязывая их полевые свойства со множеством установленных для них показателей. Термин “механика грунтов” был предложен им в 1925 г., когда одна из его книг появилась под эквивалентным этому термину заголовком – “ Строительная механика грунта на основе его физических свойств ”.

На базе этих исследований в 30-х годах XX века создана наука механика грунтов, включающая в себя расчётно-теоретические основы фундаментостроения.

Важным вкладом в отечественное фундаментостроение являются работы Н.М. Герсеванова. В монографии “Основы динамики грунтовой массы” в 1931 г. Он сформулировал дифференциальные уравнения плоской и пространственной задач теории консолидации грунтов и разработал некоторые частные их решения.

Особо важными являются работы В.А. Флорина. Их результаты обобщены в монографии “Основы механики грунтов” (1 и 2 том) 1959, 1961 г.г. Особое внимание В.А. Флориным уделялось вопросам теории фильтрационной консолидации с учётом сжимаемости поровой воды.

Продолжение работ Ш. Кулона нашло в работах отечественных исследователей В.В. Соколовского “Статика сыпучих тел” 1942 г., С.С. Голушкевича и В.Г. Березанцева.

Большая роль во внедрении механики грунтов в практику отечественного гидростроительства принадлежит профессорам Н.Н. Иванову и Н.Н. Маслову.

Значителен вклад отечественных учёных в механику региональных видов грунтов:

просадочных – Н.Я. Денисову, Ю.М. Абелеву, В.Г. Булычёву, А.К. Ларионову, Р.А. Токарю;

мёрзлых и вечномёрзлых – Н.А. Цытовичу, М.И. Сумгину, М.Н. Гольдштейну, С.С. Вялову;

неравномерно сжимаемых слабых глинистых грунтов – Б.Д. Васильеву, Б.И. Далматову, Н.А. Цытовичу, М.Ю. Абелеву, Н.Н. Маслову;

торфяных грунтов - Л.С. Аморяну, Н.Н. Морарескулу.

Большое значение в формировании российской школы фундаментостроения имели выдающиеся работы Н.М. Герсеванова, Н.А. Цытовича, В.А. Флорина, Н.П. Пузыревского, В.К. Дмоховского, Н.Н. Маслова, М.Н. Гольдштейна, К.Е. Егорова, Б.И. Далматова и др. по совершенствованию конструкций фундаментов и оснований и методов их расчёта. Исследования ползучести грунтов освещены в работах С.С. Вялова, С.Р. Месчана, Ю.К. Зарецкого.

Деформируемость грунтов при динамических воздействиях исследовали Д.Д. Баркан, П.Л. Иванов, Н.Н. Маслов, О.А. Савинов.

В области расчёта фундаментных балок и плит на упругом основании заслуживают внимание работы М.И. Горбунова-Посадова, И.А. Симвулиди, Б.Н. Жемочкина, А.П. Синицына.

Многочисленные исследования посвящены оценке совместной работы несущих конструкций сооружений с деформируемым основанием (А.Н. Крылов, Г.Э. Проктор, Б.Д. Васильев, С.Н. Клепиков, Д.Е. Польшин, П.П. Шагин).

Важнейшими достижениями современной отечественной техники фундаментостроения является применение индустриальных методов монтажа фундаментов из сборных элементов заводского изготовления и механизации фундаментостроительных работ, создание новых эффективных конструкций свай и методов их расчёта, создание оборудования для бурения скважин большого диаметра и устройства свай с высокой несущей способностью, появление новых эффективных методов защиты котлованов от грунтовых вод, открытие надёжных методов искусственного закрепления грунтов в основаниях и стенах котлованов, разработка и внедрение новых рациональных конструкций и способов устройства массивных фундаментов глубокого заложения (метод “стена в грунте”, опускной колодец, погружение оболочек).

Вследствие многообразия грунтовых условий в основаниях, большое количество вопросов в области механики грунтов и фундаментостроения ещё не решено или требует дальнейшего решения с учётом законов диалектики.

Современное фундаментостроение характеризуется, во-первых, расширяющимся строительством крупных и тяжёлых сооружений, передающих на фундаменты огромные нагрузки, доходящие в высотных зданиях и опорах мостов больших пролётов до нескольких тысяч тонн на один фундамент; во-вторых, широким использованием под застройку территорий со сложными инженерно-геологическими условиями, в особенности с вечномёрзлыми грунтами и мощными толщами слабых грунтов; в третьих, интенсивно развивающейся механизацией и индустриализацией строительства.

В дальнейшем роль механики грунтов в инженерном деле будет возрастать, позволяя всё больше и лучше использовать научные достижения теории механики грунтов и фундаментостроения в строительной практике.

Стоимость фундаментов и подготовки оснований в зависимости от строительного объекта и от условий осуществления строительства колеблется в широких пределах от 5 до 35% общей стоимости строительства.

В связи с тем, что в период бурного развития строительства затраты в области фундаментостроения огромны, экономический эффект от усилий, направленных на усовершенствование методов проектирования и способов производства работ в области возведения фундаментов и подземных сооружений будет весьма существенным.