Автор книги, профессор Принстонского университета (США), является одним из крупнейших специалистов в области механики грунтов. Обширная личная практика автора позволила ему отразить в книге сведения, которые могут оказаться наиболее полезными для инженера-строителя в его повседневной практической деятельности. В книге рассматриваются устойчивость откосов, бортов выемок, распределение напряжений в основании сооружений и их несущая способность, боковое давление грунта, давление грунта на трубы и т. д.

Излагаются методы искусственного уплотнения грунтов, разведки основания бурением и пенетрацией. Даются указания по выбору наиболее целесообразных методов обоснования сооружений применительно к местным природным условиям. Уделено внимание вопросам разработки котлованов, свайным и кессонным фундаментам, опускным колодцам, подпорным стенкам, перемычкам, набережным и туннелям, а также возведению земляных плотин.

В книге приводится много данных по результатам экспериментальных исследований и натурных наблюдений, а также указаний практического характера. Особенную ценность представляют исследования самого автора по работе шпунтовых стенок. Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков и строителей, занятых на строительстве оснований и фундаментов различных сооружений, а также на инженеров-гидротехников.

Предисловие автора
Предисловие редактора
Глава 1. Особенности фундаментостроения и возведения земляных сооружений
Глава 2. Горные породы и грунты. Геология, почвоведение и строительство
Практические примеры
Глава 3. Определения и испытания, относящиеся к свойствам скелетной части грунта
Практические примеры
Глава 4. Определения и методика опытов по оценке плотности и консистенции грунтов. Явление капиллярности
Практические примеры
Глава 5. Водопроницаемость грунтов. Движение грунтовых вод. Воздействие мороза
Практические примеры
Глава 6. Консолидация грунтов
Практические примеры
Глава 7. Сопротивление сдвигу и деформация грунтов при сдвиге
Основные исходные положения
Методы и технология испытаний грунтов на сдвиг
Сопротивляемость сдвигу песков
Сопротивление глин сдвигу
Рекомендуемые методы определения сопротивления грунтов сдвигу для целей проектирования
Практические примеры
Глава 8. Устойчивость вертикальных бортов выемок и откосов
Практические примеры
Глава 9. Распределение напряжений в грунтах. Несущая способность грунтов
Практические примеры
Глава 10. Боковое давление грунта
Практические примеры
Глава 11. Уплотнение и закрепление грунтов
Практические примеры
Глава 12. Разведка и классификация грунтов
Примеры из строительной практики
Глава 13. Выбор типа фундамента, отвечающего местным условиям
Примеры из строительной практики
Глава 14. Фундаменты мелкого заложения. Котлованы
Примеры из строительной практики
Глава 15. Свайные фундаменты и кессоны. Шпунтовые ограждения
Укрепление фундаментов
Примеры из практики
Глава 16. Подпорные стенки. Перемычки. Туннели и трубопроводы
Практические примеры
Глава 17. Некоторые вопросы приложения инженерного грунтоведения к плотиностроению

Предисловие автора

Эта книга была написана на основе записей лекций, прочитанных автором в Принстонском университете, начиная с 1937 г., когда в учебный план последнего года обучения студентов на инженерно-строительном факультете университета был включен курс механики грунтов. Для лиц, уже окончивших университет, автор начал читать лекции несколькими годами позже.

В своей работе автор исходил из следующих принципов. Каждый инженер-строитель в своей практической деятельности должен быть готов к встрече с вопросами, имеющими отношение к проблемам инженерного грунтоведения и фундаментостроения. При этом условии он обязан быть знакомым хотя бы с основами этих дисциплин. Вместе с тем, приступая к изучению свойств грунтов, следует прежде всего считаться с тем, что они с некоторых важных точек зрения заметно отличаются от других материалов, с которыми приходится иметь дело инженеру-строителю. Это обстоятельство вынуждает использовать при изучении свойств грунтов в значительной мере иной подход к вопросу. Прочностные и деформационные характеристики грунтов, а также другие строительные показатели, характеризующие их свойства, не являются для данного грунта постоянными. Они могут существенно изменяться во времени и под влиянием принятого метода строительного производства. Анализ напряженного состояния грунтовой толщи гораздо более сложен, чем применительно к другим строительным конструкциям. Поэтому строгие решения задач, связанных с грунтами, зачастую базируются на крайне упрощающих допущениях и отсюда во многих случаях поневоле оказываются только приближенными. И, напротив, экспериментальный подход, включающий полевые наблюдения за поведением реальных сооружений, нередко при подобных условиях приобретает решающее значение. Часто на основе полученных новых данных в ранее принятые теории вносятся изменения или они даже полностью отвергаются. Накопление данных наблюдений за сооружениями нередко оказывается затруднительным, и в настоящее время мы располагаем еще недостаточным их числом. Вот почему до сего времени сохраняется некоторая терпимость во взглядах на использование в надлежащих случаях существующих теорий. При этом условии нельзя недооценивать в работах, связанных с применением в строительстве грунтов и фундаментостроением, важной роли творческого начала. Признание такой роли является необходимым для понимания современного состояния этой области знаний, а также путей и методов подхода к решению связанных с ней задач, являющихся существенными для ее дальнейшего развития. Для плодотворного развития механики грунтов необходимо тесное сотрудничество между инженерами-строителями всех специальностей.

Эти условия приводят к выводу, что начальное ознакомление с теоретическим аппаратом механики грунтов должно быть тесно связано с кратким изложением надлежащих практических сведений по проектированию и строительству фундаментов, а также земляных сооружений. Автор придерживался этого принципа при написании книги, предназначенной для использования ее студентами старших курсов, аспирантами и в качестве общего руководства для справочных целей.

За последнее двадцатипятилетие наблюдался исключительно быстрый прогресс наших знаний, связанных с изучением строительных свойств грунтов. В свете новых полуэмпирических методов, увязывающих данные натурных наблюдений и лабораторных испытаний с теоретическим анализом, оказались несостоятельными многие освещенные временем концепции. На многие явления возникли принципиально новые взгляды. Большинства из них успешно выдержали проверку с неоднократным контролем в натурных условиях. Требование инженеров-практиков в направлении необходимости ускоренной разработки новых упрощенных руководящих принципов само по себе понятно. Однако при существующем пока положении, когда многие даже основные вопросы остаются еще далеко не полностью разработанными, такое требование привело к преждевременному принятию некоторыми организациями ряда обобщений, которые позже оказались неоправданными. Такое положение создалось в ряде специальных областей, имеющих важное практическое значение, например, в вопросах, связанных с оценкой возможного влияния структурной прочности различных видов глинистых грунтов на их свойства при нарушении структуры; о влиянии деформации ползучести глинистых грунтов на их сопротивление сдвигу и на величину развиваемого ими бокового давления грунта; о величине собственной частоты колебания грунтов, подвергнутых вибрации, и, наконец, о возможной роли так называемого «арочного эффекта» в величине бокового давления песков.

Для дальнейшего развития инженерного грунтоведения необходимо непрерывное продолжение такого процесса пересмотра и переоценки принятых положений. С этой целью является предпочтительной конструктивная критическая позиция. Вместе с тем, чтобы быть эффективной, она должна сочетаться с глубоким знанием фактических основ, на которых строятся наши современные представления в рассматриваемой области знания.

Поэтому значительное место в этой книге отводится сведениям по имевшим место авариям сооружений, полевым наблюдениям и прочим экспериментальным данным. Делается ударение на значение выдвинутых гипотез и данных, проверенных фактами. На примерах показывается важность понимания инженерами-строителями роли в строительной практике смежных геотехнических дисциплин, особенно геологии и физики грунтов.

Подчеркивается влияние на условия практического использования выводов инженерного грунтоведения в различных странах с неодинаковыми геологическими, климатическими и экономическими условиями. Всякий раз, когда это представлялось возможным, теоретические положения в книге излагались исходя из начальных представлений в более известном для американских инженеров направлении их развития. Так, например, уравнения так называемой «классической» теории давления грунта вместо объяснения их исходя из рассмотрения напряженного состояния выводятся, как это делается в большинстве учебников по сопротивлению материалов для студентов старших курсов, при рассмотрении понятия о главных напряжениях из условий равновесия элементарной призмы. Дается оценка границ возможного практического использования тех или иных теорий и точек зрения, особенно если некоторые из них противоречат друг другу.

Широкий круг вопросов, рассматриваемых в книге, привел к необходимости приведения многих ссылок на другие работы и весьма сжатому изложению материала, что отчасти компенсируется большим числом иллюстраций. С той же целью в книге приводится ряд практических примеров и задач с их числовым решением. Повторение материала, изложенного в широко используемых учебниках по другим предметам, в книге избегается. В частности, методы определения размеров и необходимого армирования железобетонных фундаментов и подпорных стенок не рассматриваются.

Современное состояние наших знаний в области строительных свойств грунта является результатом работы множества людей из различных стран всего мира. Автор старался во всех случаях в тексте книги отдать должное пионерам в этой области, а также их последователям.

Автор признает ценность опыта, приобретенного на берегах Нила в период проведения им исследований по поручению египетского правительства (1929—1936 гг.) и благодаря исключительно благоприятным возможностям для дальнейших исследований, создавшимся для него в Принстонском университете в связи с заданиями в области прикладной механики грунтов службы технического развития Управления гражданской авиации (1943—1946 гг.) и особенно Главного инженерно-строительного управления ВМС США (1943—1949 гг.), а также отдела грунтоведения Научно-исследовательского управления ВМС в Вашингтоне, округ Колумбия. Весьма важные данные, касающиеся наблюдений за величиной фонового давления грунта в выемках подхода к подводному роттердамскому туннелю, стали доступными автору благодаря любезности м-ра И. П. ван Бруггена, главного управляющего общественных работ (Роттердам, Нидерланды). Большое количество материалов, использованных в данной книге, почерпнуто автором из его частной практики в качестве консультанта. Автор считает своим долгом принести особую благодарность компании «Спенсер, Уайт и Прентис, Инк.» из г. Нью-Йорка, которая не только предоставила данные, накопленные им в период работы в компании консультантом, но и передала, помимо этого, ценные, до сих пор неопубликованные сведения. Автор высоко ценит свое сотрудничество в исследовательской работе с компанией «Спрэг энд Хенвуд, Инк.» из г. Скрэнтон, шт. Пенсильвания, а также ту помощь, которая была ему оказана этой компанией в подготовке ряда иллюстраций для книги.

Автор выражает благодарность декану Кеннету X. Кондиту за предоставление фондов Принстонской инженерной школы на перепечатку рукописи этой книги, У. Мэк Энгесу, вице-адмиралу инженерно-строительной службы ВМС США в отставке, президенту принстонского отдела гражданского строительства за просмотр всей рукописи и множество сделанных им ценных предложений и замечаний, а также его коллеге д-ру Хэнсу Ф. Уинтеркорну за просмотр части рукописи (главы 3 и 11), посвященной изложению некоторых положений физики укрепления грунтов, а также Ясумару Ишии за прочтение рукописи в целом и указание в ней некоторых мест с недостаточно ясным изложением. Рукопись была перепечатана миссис У. Брикли.

Григорий П. Чеботарев, Принстон, Нью-Джерси Июнь, 1951 г. 

Предисловие редактора

Предлагаемый вниманию читателей с некоторыми сокращениями перевод с английского книги Г. Чеботарева, профессора инженерно-строительного факультета Принстонского университета (США) выполнен с IX ее издания.

Уже одно это обстоятельство свидетельствует о все возрастающем значении положений механики грунтов как научной и прикладной дисциплины в строительной практике. По существу, в настоящее время ни одно сколько-нибудь крупное инженерное сооружение, в той или иной мере связанное с грунтами, не может быть спроектировано и возведено без учета специальных положений, выдвинутых механикой грунтов.

К сожалению, до сего времени многие инженеры-строители, в особенности более ранних выпусков, еще недостаточно владеют аппаратом механики грунтов. Настоящая книга Г. Чеботарева может оказаться особенно полезной для тех специалистов, которые хотели бы расширить и углубить по ряду причин свои познания в рассматриваемой области.

Нет сомнения, что механика грунтов с ее теоретической и экспериментальной базой представляет собой во многих отношениях достаточно сложную для изучения дисциплину. При этом условии ясность и доступность изложения материала в книге без всякого снижения его научного уровня делает ее особенно ценной для инженеров, работающих в практической области. Вместе с тем многие из руководств по механике грунтов, изданные за последние годы в ряде стран, носят по изложению помещенного в них материала в известной мере формальный характер. От подобного рода изданий книга Г. Чеботарева отличается самым положительным образом.

Следует отметить, что автор книги Г. Чеботарев, будучи крупным исследователем в области механики грунтов, является прежде всего инженером с большой строительной практикой. Он знает, что можно требовать и ожидать от механики грунтов, а также, где и как применять часто исключительно важные выводы механики грунтов при разрешении задач, нередко возникающих в практике строительства. Автор сумел надлежащим образом отразить это в своем изложении материала. В этом особая ценность книги.

Другой исключительной особенностью книги является ее большая инженерная убедительность. Оперируя в книге большим числом примеров, почерпнутых из строительной практики и связанных со всякого рода неполадками и даже авариями сооружений, автор убедительно подчеркивает практическую значимость тех или иных положений, выдвигаемых механикой грунтов, и опасность их недоучета при проектировании и возведении сооружений различного назначения.

Особое внимание автор уделяет в книге разнообразным подпорным ограждающим сооружениям. В этой области, связанной с изучением вопроса о давлении грунта, автор является одним из крупнейших специалистов. При этом условии многие из положений, выдвигаемых автором применительно к подобного рода сооружениям, приобретают особую ценность тем более, что они базируются, помимо всего прочего, на данных собственных исследований автора и, что, может быть, особенно важно, — на данных наблюдений за работой таких сооружений, почерпнутых из широкой личной практики автора как инженера и консультанта.

Отдавая должное большому значению механики грунтов как научной и прикладной дисциплины, автор вместе с тем не скрывает многих присущих данной дисциплине на современном этапе ее развития недостатков. Связанные с этим высказывания автора могут представить значительный интерес для научных работников, занятых исследованиями в рассматриваемой области.

Особенно подкупает в книге объективный подход автора к изложению гипотез и теорий, выдвинутых в различное время другими авторами, и вместе с тем предпринятый им смелый пересмотр устаревших теорий. Нельзя не согласиться с автором и выдвигаемыми им положениями об исключительном значении в решении задач механики грантов творческого к ним подхода и исключительной роли для ее дальнейшего развития полевых наблюдений за работой реальных сооружений.

Приведенное в книге большое количество численных примеров, к тому же умело выбранных и составленных, явится безусловно ценным подспорьем при ознакомлении со включенным в нее материалом.

Нет сомнения, что книга Г. Чеботарева получит соответствующие признание и оценку среди советских специалистов и окажется весьма полезной для самого широкого круга инженеров, работающих в области строительства.

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д-р техн. наук проф. H.Н. Маслов. Декабрь 1967 г. Москва