Товарищество сибирских геотехников

«Наука должна быть веселая, увлекательная и простая. Таковыми же должны быть и ученые»
Академик П.Л. Капица.

«Аще где в книге сей грубостию моей пропись или небрежением писано, молю вас: не зазрите моему окаянству, не клените, но поправьте, писал бо не ангел Божий, но человек грешен и зело исполнен неведения»
Древние летописцы – перед началом Писаний.

УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!

Лушников Владимир ВениаминовичСуществуют три последовательно научно-подчиненные организации. Первая – это Международное Общество по Механике Грунтов и Геотехнике (ISSMGE), вторая – ее подразделение – Российское Общество по Механике Грунтов, Геотехнике и Фундаментостроению (РОМГГиФ) и, наконец, третья – Свердловское отделение РОМГГиФ.

Деятельность этих организаций связана с Землей, с инженерным освоением ее поверхности – в основном со строительством на ней зданий и сооружений, устройством фундаментов в самых разнообразных природно-климатических условиях.

Несмотря на то, что Читатель вряд ли догадывался о существова5нии таких организаций, тем не менее, почти каждому, кто сталкивался со строительством, известно, что устройство фундаментов представляет собой серьезную проблему.

Автор с некоторой претензией назвал готовящуюся книгу «Сопротивление грунтов» (похоже на науку «Сопротивление материалов», знаменитый Сопромат). Ведь грунты – иногда так же, как другие материалы, иногда иначе, но тоже сопротивляются нагрузкам и другим воздействиям.

В начале книги в качестве вступления целесообразно показать место, которое занимает наука об основаниях и фундаментах в ряду других технических дисциплин строительного профиля, формирующих мировоззрение инженера по специальности «Промышленное и гражданское строительство».

О роли инженера в обществе очень хорошо написал крупный ученый – доктор технических наук, Академик РААСН – Российской академии архитектуры и строительных наук – Н.Н. Никонов в своей блистательной книге «Введение в специальность (непрочитанные лекции по курсу МГСУ): Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ, 2003», которую рекомендуется прочитать каждому специалисту – инженеру-строителю и архитектору. Автор этой книги составил выборку определений слова «инженер», начиная с фразы-вопроса «Инженер – это кто? Творец или ремесленник?».

Далее идут цитаты из этой книги.

«В старину на Руси это было забытое уже слово розмысл (от слова «размыслить» – творить в области машинного производства, освоения новых видов энергии, развития пароходства и железных дорог …»). В английском языке слово инженер происходит от слова «engine» – машина, орудие, инструмент, и глагола от него – сооружать, проектировать. Производное от слова – «engineering» и латинского «ingenium» – инженерное искусство, изобретательность, выдумка, знание. Но у английского «engineering» еще есть одно значение – махинация, но зато у латинского «machinato» – хитрость, уловка. Даже слово «махинация» не надо воспринимать как обидное для инженера – лучше его воспринимать именно как хитрость, уловка, изобретательность».

В целом же по Н.Н Никонову инженер – это:
«1) обладатель хитроумного мозга и обширных знаний, дающих возможность с выдумкой, изобретательно, создавать новое и использовать его на практике, содействуя научно-техническому прогрессу;
2) двигатель научно-технического прогресса;
3) изобретательный, башковитый специалист желательно с высшим технически образованием».

Далее по Н.Н. Никонову: «Инженер – сугубо техническая специальность. Человек может не читать художественных книг, не слушать музыку, не ходить в театры и быть сносным инженером. Но пороха такой технарь не выдумает. Быть всесторонне образованным – вот залог развития творческой личности. Философ и историк техники П.К. Энгельмейер (1855-1939) пишет «Сколько не начиняй его, инженера специальными знаниями – это будет ученый ремесленник, пока не дадите ему широкого гуманитарного взгляда на социально-экономические стороны профессии. Настоящий инженер не имеет права быть лишь узким специалистом: его глаз должен быть открыт для общего блага, его сердце – для судьбы людей».

Н.Н. Никонов дает такое определение такому интересному понятию, как «Т-специалист»: «Это человек с широким гуманитарным кругозором, который графически представляется в виде горизонтальной планки в букве «Т», по которой легко может перемещаться вертикальную планку специальных знаний в нужную точку. Такие люди способны решать разнообразные задачи, лежащие, подчас, далеко от основной профессии. Они в мозговой деятельности очень подвижны, это дает им возможность находить удивительно остроумные решения в повседневной инженерной практике. Фундаментальную планку Т-специалиста, кроме гуманитарных знаний, составляет математика, без которой невозможно никакое техническое действо, и физика, объясняющая окружающий нас мир. Следовательно, безупречное владение аппаратом этих дисциплин, приложение их к строительным наукам – предмет постоянного любопытства инженера».

Заслуживают внимания и слова выдающегося русского инженера и ученого Ф.С. Ясинского (1856-1899) – специалиста в области строительной механики и теории упругости, строительства мостов и железных дорог: «Современный инженер есть ученый техник, а не техник-ремесленник. Чтобы достойным образом удовлетворить этому высокому призванию, он обязан не только в совершенстве владеть чисто практическими приблизительными приемами расчетов, излагаемыми в элементарных курсах строительной механики, но должен также ознакомиться с точными методами истинной науки …».

Еще одно важнейшее замечание – здесь Н.Н. Никонов уже цитирует Н.Г. Гарина-Михайловского (1852-1906), превосходного писателя (автора тетралогии «Детство Тёмы», «Гимназисты», «Студенты», «Инженеры») и блистательного инженера – строителя Транссиба ٭ (его именем названа одна из станций Новосибирского метрополитена): «В нашем инженерном деле умножение (т.е. любой расчет – Н.Н.) без проверки – преступление. Все так тесно связано в этом деле, одно с другим, что одна ошибка где-нибудь влечет за собой накопление ошибок, часто непоправимых».
Итак, возвращаясь к основаниям и фундаментам, нужно отметить следующее. Эта дисциплина, находящаяся на стыке наук о Земле и о Строительстве, безусловно, заимствует достижение той и другой наук, но претворяет в жизнь решения и действия, используя язык математики, Строительной механики и Сопротивления материалов, рассматривая грунт именно как строительный материал и важнейший элемент строения. При таком взгляде на эту науку грунтовое основание любого строения является его составной и неотъемлемой частью. К сожалению, при существующем подходе к решению вопросов расчета оснований и фундаментов приступают после того, как проектировщик составил расчетную схему надземного строения и определил нагрузки на фундаменты. В результате расчет системы «основание – фундамент» выглядит как изолированное действие, действо, чаще всего не в полной мере связанное с расчетом надземной конструкции. Особенность такого расчета – изолированного действия – в том, что здание рассчитывается как бы на столе, на несжимаемом основании. Между тем, любое основание сжимаемо, а отдельные его части, по-разному нагруженные, получают разные осадки. В результате рассчитываемое знание оказывается расположенным не на столе, а на неровном, прогнутом основании (проф. В.М. Улицкий предложил называть его «гамаком»). Соответственно конструкции на периметре «гамака», оказываются более нагруженными, чем по расчету на столе.

Сейчас ситуация медленно, но неуклонно меняется в сторону понимания необходимости только совместного расчета всей системы «основание – фундамент – надземное – и/или подземное строение». Это становится возможным в связи с появлением мощных расчетных компьютерных комплексов (более простых – «Lira», более сложных и более приближенных к грунтам – «PLAXIS» и др.), с помощью которых можно рассчитать эту сложную систему.

В таких расчетах пока много сложностей и неопределенностей, а поступая формально, можно получить практически любой внешне эффектный результат. Но этот результат требует обязательной проверки здравым смыслом, расчетами по другим подобным программам, а по Ф.С. Ясинскому – даже «чисто практическими приблизительными приемами расчетов», которыми обязан владеть инженер. И, конечно, – постоянной проверкой на основе натурных наблюдений за поведением объектов, анализом случаев деформаций зданий и сооружений, собственного положительного и неудачного опыта расчетов и строительства в целом.

Огромный интерес и информативность представляют крупные аварии зданий, сооружений и грунтовых массивов, которые происходят в результате землетрясений, оползней, селей, а чаще – в результате ошибок в проектировании и/или ошибок в общей оценке состояния и назначении расчетных характеристик грунтовых массивов. С одной стороны, любая авария – это разной тяжести бедствие для людей и экономики, но с другой – она часто определяет ту границу риска, которая ранее была неизвестна.

Здесь уместна такая сентенция о пользе аварий: «Авария, катастрофа – это беда, бедствие, часто с неисчислимыми материальными и людскими потерями для жителей дома, города, даже для целой страны. Но в авариях, катастрофах есть и нечто иное – созидательное. Они учат, как не повторить то, что произошло. А это невозможно сделать без того, чтобы не докопаться до причин аварий. Так постепенно рождается новое знание, часто новое направление науки».

Авария всегда вызывает острую реакцию общественности и административных органов, но в то же время заставляет те же административные органы выделять средства, как минимум, на расследование причин аварий, а как максимум, – на дальнейшее изучение неизвестного ранее явления, приведшего к аварии. Говоря другими, образными словами: авария – это, по-своему, двигатель науки, побуждение к действиям на продление отмеченной выше грани риска дальше, за пределы сегодняшних знаний.

Учитывая высокую ответственность науки об основаниях и фундаментах, существует тенденция к изменению ее статуса и даже названия, преобразования в науку о принятии геотехнических решений. Она должна быть встроена в строительный цикл «изыскания – проектирование – строительство», причем раздел «принятие геотехнических решений» должен находиться на начальных этапах проектирования, когда формируется расчетная схема проектируемого объекта. Не случайно во многих ведущих строительных университетах и институтах кафедры оснований и фундаментов стали переименовывать в кафедры Геотехники. Сейчас функции «принятие геотехнических решений» часто берут на себя геологи, ведущие инженерно-геологические изыскания: в их отчетах можно встретить такие фразы, как «рекомендуется применение свайных фундаментов», «насыпные грунты не рекомендуется использовать в качестве основания» и др. Между тем, это не их, геологов, компетенция – они не умеют должным образом считать даже нагрузки. Но эти «пассажи», будучи включенными в официальный документ (Отчет об изысканиях), часто приобретают юридическое значение.

Заканчивая самую общую характеристику науки об основаниях и фундаментах, следует отметить, что название этой научной специальности по общероссийскому классификатору научных дисциплин неоднократно менялось. Сначала она называлась «Основания и фундаменты», затем «Основания, фундаменты и подземные сооружения», затем «Подземные сооружения, основания и фундаменты», затем снова «Основания и фундаменты» и, наконец, последнее название – «Оснований и фундаменты, подземные сооружения» В Номенклатуре специальностей научных работников она имеет номер 05.23.02.

К ней примыкают и другие науки, направленные на более тонкое изучение происхождения, свойств и расчетов грунтовых оснований – «Грунтоведение», «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение», «Механика грунтов», «Механика горных пород», «Геоэкология», «Гидротехническое строительство» и др.

В этой книге автор попытается простым языком, осветить проблемы, возникающие при устройстве фундаментов, не прибегая, по возможности, к сложным расчетам и математическим преобразованиям. А если они появятся, соответствующие разделы можно без ущерба пропустить, не теряя при этом общей линии повествования.

Автор при подготовке книги руководствуется рядом принципов, которые известны многим пишущим. Их, таких принципов, как минимум, три.
1. Пишущий или читающий лекцию на любую тему должен помнить, как он сам воспринимал тот или иной материал, когда сам был слушателем-студентом. Многое было понятно сразу. Другое было непонятно, но заставляло задуматься о своем «небрежении и окаянстве», и попытаться восполнить непонятое. Третье было совсем непонятно, без надежды понять, причем не обязательно в силу «небрежения и окаянства», а например, из-за недостатка математических знаний в это время. И уж если взялся писать об этом, приходится снова и снова учиться, и только потом – учить, писать.
2. Надо помнить, что любое обучение, любое узнавание требует, особенно на первых порах, определенного напряжения, даже – насилия над собой. Не надо бояться этого! Скоро, если вас, действительно, заинтересует проблема, это напряжение, это на первых порах неприятие её сменится на интерес, если, конечно, лектор или книга, излагающая эту проблему, написана хорошо и профессионально. Если здесь умеют изложить сложную проблему простым и доступным языком, но в то же время не упрощая, не огрубляя ее содержания.
3. Не надо давать читателю думать, что автор книги знает всё. Глубочайшее заблуждение многих из нас! Гораздо правильнее и педагогичнее честно сказать, что автор здесь не может дать верного ответа, поскольку еще сам не знает его («… писал бо не ангел Божий !»). Одни думают так, другие – так. Но, может быть, у слушателей-читателей найдется верный ответ, если ему правильно рассказать об имеющихся точках зрения на ту или иную проблему.

И последнее. Н.Н. Никонов в эпиграфе к первой, вступительной лекции назвал свою книгу как сборник непрочитанных лекций по курсу МГСУ. Автор этой книги, около 30 лет преподававший курс оснований и фундаментов в Уральском политехническом институте и уже в какой-то мере освоивший этот курс, но в силу ряда причин изменивший направление деятельности в сторону практической работы в этой же области, предлагает считать эту книгу как сборник недочитанных лекций, а главы ее – как отдельные лекции или группы лекций по одной из актуальных тем в этой области строительной науки.