CC BY
88
УДК 621.039
ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
В. И. Большаков, д. т. н., проф., В. Л. Седин, д. т. н., проф.
История создания научной школы начинается с зарождения кафедры, ее научных направлений.
Кафедра создана в Днепропетровском инженерно-строительном институте в 1930 году. Первым заведующим кафедрой (до 1937 г.) был к. т. н., доц. А. С. Плуталов. Традиционно кафедра преподавала курсы инженерной геологии, механики грунтов, оснований и фундаментов. Основное направление научной деятельности кафедры в этот период -разработка теоретических и практических методов расчета оснований и конструкций фундаментов промышленных сооружений.
С 1937 по 1941 г. кафедрой заведовал проф. А. А. Каншин. В этот период кафедра специализировалась на расчетах и проектировании крупноразмерных фундаментов инженерных сооружений на слабых грунтах, консультировала проектные и строительные организации Приднепровья в области исследования грунтовых условий и способов устройства фундаментов.
В начале Великой Отечественной войны институт был эвакуирован в Новосибирск. После возвращения из эвакуации в 1944 г. кафедру возглавил к. т. н., доц. П. И. Гвай. Совместно с А.
A. Гориным он предложил использование итерационного метода для расчета конструкций ленточных фундаментов.
В течение 1945 - 1964 гг. кафедрой руководил проф. Н. И. Малышев, представитель «старой» дореволюционной интеллигенции, выпускник Петербургского института инженеров путей сообщения императора Александра I. В это время кафедрой были внедрены в производство новые конструкции и технологии устройства виброштампованных набивных свай, опор автодорожных и железнодорожных мостов и т. д. Были также разработаны первые нормативные указания к проектированию оснований и фундаментов на лессовых просадочных грунтах. Материалы этих указаний были учтены при разработке нормативных всесоюзных документов по расчету и проектированию фундаментов зданий и сооружений на естественном основании (СНиП П-Б.1-62) и на просадочных грунтах (СНиП П-Б.2-62). Много внимания уделялось учебно-методической работе.
Под руководством заведующего кафедрой К. А. Кныша. (возглавлял кафедру с 1964 по 1970 г.) продолжалась научно-методическая работа, были выдаш указания к расчету и проектированию оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий. Научная тематика была связана с применением вибрационной техники для погружения свай-оболочек. Были внедрены в производство буронабивные сваи, разработаны предложения по расчету деформаций земляных сооружений при строительстве и эксплуатации.
С 1970 по 1974 г. кафедрой заведовал к. т. н., доц. П. А. Гагарин. Основное направление научной деятельности в этот период - разработка и внедрение в практику строительства метода управляемых деформаций при строительстве жилых многоэтажных зданий на просадочных грунтах. Метод предложен научно-исследовательской группой под руководством доц.
B. А. Часовских. Инженерно-геологической группой под руководством к. г.-м. н., доц. А. И. Кравченко была выполнена систематизация материалов изысканий г. Днепропетровска, которые стали основой «Геологического атласа» из 11 специализированных карт, где были отражены основные региональные свойства грунтов Днепропетровска. Это был первый геологический атлас большого города, созданный в СССР. В атласе фактически сосредоточены все первичные данные: количество геологических выработок, их глубина, наличие грунтовых вод и др.
Геоморфологическая карта отображала состояние и формы рельефа поверхности земли на территории города. С ее помощью возможно прогнозировать динамику экзогенных геологических процессов, таких как образование балок и оврагов, склоновые процессы и т. д.
Литолого-стратиграфическая карта содержала сведения о происхождении, возрасте и составе грунтов.
Гидрогеологическая карта характеризует имеющиеся водоносные горизонты, их режимные факторы и т. д. Изучение гидрогеологических условий городской территории позволило
установить динамику поднятия уровня грунтовых вод, особенно в застроенных районах, а, следовательно, прогнозировать его поднятия со временем при проектировании и строительстве.
Очень важна карта физико-механических и особенно просадочных свойств лессовых грунтов территории, позволяющая сокращать объемы изыскательских работ в дальнейшем.
В течение 1974 - 2008 гг. (зав. кафедрой - д. т. н., проф.., заслуженный деятель науки и техники УССР В. Б. Швец) были обновлены и изданы методические указания по курсам «Инженерная геология», «Минералогия и петрография», «Инженерно-строительные изыскания», «Механика грунтов», «Основания и фундаменты» (расчет и проектирование фундаментов неглубокого заложения, подземных сооружений, возводимых способом «стена в грунте» и «опускного колодца»), «Буровое дело», «Грунтоведение». Также были подготовлены методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов, к проведению лабораторных работ по инженерной геологии, механике грунтов, к учебной инженерно-геологической практике.
Одним из направлений исследования кафедры явилась разработка рациональных видов фундаментов и методов их расчета. В этом плане проводились изыскания новых методов свайных фундаментов.
Экспериментальные исследования набивных свай в выштампованном ложе (соискатель
A. А. Ткачев). Этот вид свай позволяет существенно повысить несущую способность коротких свай за счет эффекта уплотнения грунта. Разработана технология устройства, методика контроля и расчета несущей способности. Внедрение осуществлено на стройках Урала и Удмуртии.
Разработка и исследование односвайных комбинированных фундаментов (соискатель
B. Е. Коваль). Предложена технология устройства и метод расчета несущей способности односвайных комбинированных фундаментов. Внедрение осуществлено при строительстве жилых зданий на жилмассиве «Победа» в г. Днепропетровске. За счет включения в работу ростверка существенно повышена несущая способность одиночных свай.
Предложен новый способ устройства набивных свай, устраиваемых путем проходки методом раскатывания скважин в связных грунтах (соискатель В. И. Феклин, И. Л. Бойко). Разработан специальный снаряд для проходки скважин. Способ проходки скважин запатентован в ряде зарубежных стран. Внедрение осуществлено в г. Днепропетровске.
Изучены особенности работы свай с переменной геометрией ствола при динамическом вертикальном и горизонтальном воздействиях. Материалы исследований учтены НИИ оснований при разработке Пособия по проектированию оснований и фундаментов при динамических нагрузках (М. П. Захваткин, М. Альхабаз).
Выполнено исследование работы свай на горизонтальную нагрузку, предложен метод расчета (соискатели Б. М. Мазо). Изучена работа пространственного противооползневого сооружения из набивных свай большого (более 1,0 м) диаметра (соискатель Д. Д. Кивгин). Предложен метод расчета. Внедрение осуществлено в Крыму.
Разработан новый вид забивных свай с уширением у острия (булавовидные сваи) Предложена методика определения несущей способности таких свай (А. И. Алексеев). Булавовидные сваи включены в Строительные нормы, а также в действующий стандарт -Строительные правила «Свайные фундаменты». На основе выполненных исследований в области свайных фундаментов сотрудниками и соискателями на кафедре защищены докторская и восемь кандидатских диссертаций.
Важным направлением исследований грунтов оснований были следующие:
Изучение особой разновидности грунтовых оснований, сложенных продуктами выветривания магматических и осадочных пород. Впервые предложена оценка выветрелости, что дало возможность четко классифицировать такие грунты и составить таблицы нормативных характеристик, используемых в расчетах оснований по предельным состояниям (В. Б. Швец, К. Н. Ильницкий). Выполненные исследования по оценке элювиальных грунтов как отдельных разновидностей включены в Строительные нормы и правила, а также в действующие Строительные правила по проектированию оснований и фундаментов.
Исследовано взаимное влияние близрасположенных фундаментов на напряженное состояние их оснований. Выявлены факторы, ограничивающие допустимые расстояния между смежными квадратными (С. Н. Горлач), прямоугольными.
Изучены региональные особенности глинистых оснований, в том числе просадочных. Выявленные закономерности послужили основой для разработки методик и составления
региональных нормативных таблиц. (В. А. Часовских, Л. Г. Любич, Э. П. Шведов, О. Н. Грабовец).
Научным вкладом в расчет деформаций водонасыщенных оснований являются теоретические и экспериментальные исследования, связанные с учетом реологических свойств водонасыщенных глинистых грунтов при расчете их взаимодействия с сооружением, методик определения параметров ползучести, особенностей фильтрационной консолидации, влияния формы подошвы фундамента и видов загружения, сложности грунтов основания (В. Г. Шаповал, С. И. Головко, С. П. Кандзюба, Т. В. Маркелова, С. О. Поповиченко, В. С. Андреев, В. В. Капустин, Ф. В. Бабич, И. М. Ильев, А. В. Шаповал, А. С. Головко). По этому направлению защищены докторская и 10 кандидатских диссертаций.
Проведены исследования устойчивости откосов, в том числе вертикальных при устройстве щелевых (Н. А. Моторный) и армированных (В. В. Коваленко) фундаментов. Разработанные рекомендации переданы в проектные организации. Защищены две кандидатские диссертации.
Предложены новые фундаменты, в том числе сборные в виде пространственных железобетонных оболочек (С. Г. Ванюшкин), сборных щелевых фундаментов (А. И. Алексеев, В. М. Деревянко), плитных (Р. А. Тимченко). Защищена докторская диссертация.
Разработаны технология и расчет метода закрепления оснований высоконапорной цементацией. Метод получил широкое внедрение более чем на 100 зданиях, в том числе на аварийных (например, на здании четвертого блока Чернобыльской АЭС). Экономический эффект - более 3 млн. грн. Подготовлена к защите докторская диссертация (С. И. Головко).
Важным направлением научно-исследовательской деятельности кафедры оснований и фундаментов явились работы в области динамики грунтовых оснований и фундаментов. Эти исследования выполнялись в содружестве с кафедрой теоретической механики (Н. С. Швец) при кооперации с главными организациями Госстроя и Минэнерго СССР.
Исследования и опытно-экспериментальные работы проводились по следующим направлениям:
1. Разработка конструктивных способов снижения вибраций фундаментов машин с динамическими нагрузками за счет снижения уровня вибраций и отстройки колебаний от резонансной зоны путем:
- применения присоединенных плит (В. Л. Седин) - эффективны для отдельных и групповых фундаментов машин периодического действия;
- использование межфундаментных связей для отдельных фундаментов, в том числе с бетонным полом, в целях снижения в основном горизонтальных колебаний (В. Л. Седин), объединение при грунтовой установке на отдельных фундаментах однотипных машин периодического действия (Ю. А. Киричек);
- применение для фундаментов быстроходных ударных машин с изменяемыми упругими и демпфирующими характеристиками путем ввода в систему машина - фундамент - основание элементов неупругого сопротивления (Г. Н. Левченко).
2. Разработка методик, экспериментального оборудования и проведение динамических и статических испытаний систем турбоагрегат - фундамент - основание (ТФО) для строящихся на АЭС головных энергоблоков под тихоходные турбоагрегаты единичной мощности 1 000 МВт (Н. С. Швец, В. Л. Седин, Б. А. Ротгауз, А. В. Ермолинский и др.) Строительство осуществлялось в Украине и России в различных инженерно-геологических условиях с различными решениями оснований и фундаментов. Испытания осуществляли на различных этапах возведения ТФО, включая пуско-наладочные испытания и начало эксплуатации турбоагрегатов. Исследования позволили корректировать проектные решения систем ТФО при возведении следующих энергоблоков на конкретных АЭС.
3. Разработана методика и проведены систематические наблюдения за поведением реакторных отделений на мощных АЭС (Е. А. Бауск, В. Б. Швец). На основе наблюдений осуществлялся прогноз деформаций оснований для корректировки нормативных решений по установлению предельных кренов зданий.
4. На основе проведенных исследований поведения систем ТФО предложены методы динамического расчета массивных стенчатых фундаментов, фундаментов сложной формы на естественном и свайных основаниях, взаимодействие массивно-плитных фундаментов с грунтом основания, плитных фундаментов с широкими поперечными стенами (В. Л. Седин, А. В. Ермолинский, В. В. Демьяненко).
5. Проведены теоретические и экспериментальные исследования параметров колебаний фундаментов с динамическими загрузками неоднородных грунтов оснований, в том числе обладающих анизотропией (М. О. Молев, П. Н. Нажа) деформационных свойств. Получены корректирующие коэффициенты к расчетным формулам для определения характеристик упругих свойств анизотропных оснований.
Важным достижением кафедры стало проведение в сентябре 1989 года Всесоюзного совещания заведующих кафедрами механики грунтов, оснований и фундаментов. На базе нашей кафедры совместно с Московским инженерно-строительным институтом состоялось обучение и обмен информацией по лекционным курсам, курсовому и дипломному проектированию. С докладами выступили представители вузов из Москвы, Ленинграда, Куйбышева, Саратова, Свердловска, Новосибирска, Омска, Перми, Минска, Киева, Волгограда и других вузов страны. На этом совещании присутствовало более 150 человек.
Достижения кафедры в области динамики основания и фундаментов позволили совместно с НИИ оснований и фундаментов провести Всесоюзную конференцию в г. Днепропетровске. В 1989 г. (ДОФ-89) по динамике оснований, фундаментов и надземных сооружений был подготовлен и издан сборник трудов, включающий более 200 докладов. На конференции присутствовали представители научно-исследовательских и проектных организаций, представители вузов. С докладами выступили ученые и проектировщики.
С 1975 г. при кафедре возобновлена аспирантура, а с 1986 г. начали работу докторантура и специализированный совет по защите кандидатских и докторских диссертаций по специальности 05.23.02 - «Основания и фундаменты». За это время аспирантами и соискателями кафедры защищено более 20 кандидатских и три докторские диссертации.
В 1976 г. совместным приказом Минэнерго Украины и Минвуза Украины при кафедре была создана «Отраслевая научно-исследовательская лаборатория автоматизированных методов измерений деформаций оснований и фундаментов турбоагрегатов» (с 1986 г. подчинена Минэнерго СССР). В 1985 г. была открыта вторая отраслевая научно-исследовательская лаборатория «Динамика строительных конструкций АЭС», подчиненная Минатомэнерго СССР. С 1992 г. на базе данных лабораторий функционирует научно-исследовательская лаборатория АЭС. Разработки сотрудников кафедры и отраслевых НИЛ отражены в таких нормативных документах: СНиП П-15-74, СНиП П-17-77, СНиП П-18-78, СНиП 2.02.01-83.
С 2008 г. кафедру возглавляет д. т. н., проф. В. Л. Седин, который является соавтором СНиП 2.02.05-87 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» (М., 1988), он также разработал методы расчета и новые решения фундаментов сложной формы при динамических воздействиях. Исследования работы системы «основа - фундамент - турбоагрегат» для главных энергоблоков тепловых и атомных электростанций, строящихся в Украине и России в условиях статического и динамического действия, в которых В. Л. Седин принимал непосредственное участие, были выполнены под его научным руководством. Полученные результаты широко используются при проектировании и эксплуатации систем «основа -фундамент - турбоагрегат».
Кафедра продолжает выполнение комплексных работ по обследованию, паспортизации, наблюдению за осадками зданий и сооружений АЭС, а также исследованию грунтовых оснований фундаментов реакторных отделений. Разработана методика контроля устойчивости основ и оценки несущей способности конструкций АЭС, методов защиты территорий от опасных геологических и техногенных процессов. Ведется разработка государственных строительных норм по проектированию, методик управления старением конструкций, рекомендаций по исследованию грунтов, строительных материалов и конструкций. Сотрудники принимают участие в выполнении межгосударственных научно-технических проектов.
Научно-исследовательская работа проводится в таких подразделениях кафедры:
1. Лаборатория атомных электростанций (заведующий ст. н. с. Е. А. Бауск).
2. Комплексный отдел по проблемам строительства в особо сложных геологических условиях (научный руководитель - к. т. н., доц. С. И. Головко).
3. Группа обследования зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах и оползневых склонах под руководством к. т. н., доц. Н. А. Моторного.
ОНИЛ АЭС выполняет комплекс работ по обследованию, паспортизации, наблюдениям за осадками зданий и сооружений тепловых и атомных электростанций. В период начала строительства атомных электростанций с блоками ВВЭР-1000 был сформирован отдел
мониторинга строительных конструкций атомных электростанций, в задачи которого входил контроль качества строительства уникальных объектов, наблюдение за осадками зданий и сооружений АЭС, проведение испытаний фундаментов турбоагрегатов. Специалисты отдела выполняли также специальные исследования грунтовых оснований, фундаментов реакторных отделений, разрабатывали методики контроля устойчивости основания и оценки несущей способности конструкций АЭС.
В различные периоды (СССР и независимой Украины) специалисты ОНИЛ разрабатывали нормативные документы по обеспечению надежной эксплуатации зданий и сооружений АЭС и ТЭС. Это «Нормативш документи з питань обстежень, паспортизаци, безпечно! та надшно! експлуатацп виробничих будiвель i споруд», а также (совместно с концерном «Росэнергоатом») «Мониторинг строительных конструкций АЭС».
Основное направление научной деятельности комплексного отдела по проблемам строительства в особо сложных геологических условиях - разработка расчетных методов определения и прогнозирования кренов большеразмерных сооружений, разработка теоретических решений и практических рекомендаций по инъекционному закреплению грунтовых оснований, диагностика оснований и строительных конструкций при реконструкции, усилении и продлении ресурса зданий и инженерных сооружений.
Группа обследования зданий и сооружений, возводимых на просадочных грунтах и оползневых склонах, занимается изучением состояния грунтовых оснований и строительных конструкций при усилении, реконструкции, продлении ресурса зданий и инженерных сооружений, решении вопросов устойчивости откосов, гидроизоляции подземных сооружений и устройства различного вида дренажей.
При кафедре функционируют аспирантура и докторантура, ведется подготовка молодых ученых по направлению 05.23.02 - «Основания и фундаменты».
Современный профессорско-преподавательский состав кафедры насчитывает 16 преподавателей: три профессора, восемь доцентов, старший преподаватель, четыре ассистента.
На фото: состав кафедры: (верхнийряд) ст.пр. И. М. Гайдабас, доц. С. Н. Горлач, Н. А. Моторный, ас. В. Ю. Ульянов, доц. Г. Н. Левченко, ас. В. В. Ковалев, доц. П. Н. Нажа, проф. В. Г. Шаповал, доц. Ф. В. Бабич, С. И. Головко, М. П. Захваткин, ас. В. И. Кабрелъ.; (нижний ряд) зав. лабораторией И. А. Кабрелъ, ас. Ю. В. Саенко, ст. лаборант В. И. Солопова, проф. В. Б. Швец, зав. кафедрой, проф. В. Л. Седин, доц. Л. Г. Любич, уч. мастер А. А. Фастова, доц. О. Н. Грабовец
