ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ» Согласовано Утверждаю Руководитель ООП по специальности 130101 декан ГРФ проф. А.С. Егоров Зав. кафедрой ГиИГ проф. В.В. Антонов ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Инженерные сооружения» (наименование по рабочему учебному плану) Специальность: 130101 Прикладная геология Специализация: №2 Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания Квалификация (степень) выпускника: специалист Форма обучения: очная Составитель: профессор каф. ГиИГ Р.Э. Дашко САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 1. Цели и задачи дисциплины Цель дисциплины «Инженерные сооружения» - сформировать у студента современное научное мировоззрение в области проектирования, строительства и эксплуатации наземных и подземных сооружений различного назначения, в том числе гражданских, промышленных, транспортных и гидротехнических, конструктивных мероприятий для обеспечения безаварийных условий строительства и длительной устойчивости этих сооружений, охраны и рационального использования природной среды, а также овладение современными знаниями и представлениями о строительных материалах, природных каменных и облицовочных, в том числе бетоне, железобетоне и строительных растворах. Основными задачами дисциплины являются: ознакомление с базовыми положениями разработки проектов создания природно-технических систем в различных инженерногеологических условиях, оценка особенностей технологии проектирования и строительства, реконструкции архитектурно-исторических памятников и промышленных сооружений, изучение особенностей конструктивных схем гражданских и промышленных сооружений, специфики развития их деформаций, принципы проектирования инженерных сооружений по предельным состояниям; основные представления о фундаментах неглубокого и глубокого заложения, их расчетах, работах нулевого цикла, способах устройства и обеспечения устойчивости глубоких котлованов; представление о проектировании, строительстве и эксплуатации транспортных сооружениях (автомобильные дороги, железные дороги, мосты, транспортные тоннели), основные положения о проектировании, технологии строительства гидротехнических сооружений, экологические проблемы функционирования сооружений с повышенным риском их эксплуатации. 2. Место дисциплины в структуре ООП Учебная дисциплина «Инженерные сооружения» относится к дисциплинам, обязательным для изучения студентами и принадлежит к базовой (специализированной) части «Профессиональный цикл» С.3.с.2. Для изучения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка в объёме полной средней школы, освоение дисциплины «Общая геология» базовой части цикла С.2.6., профессионального цикла общей базовой части «Основы инженерной геологии» С.3.18. и «Основы гидрогеологии» С.3.17., общей базовой части специализации С.3.с.2.2. «Общая инженерная геология» и С.3.с.2.1. «Общая гидрогеология». Дисциплина является предшествующей для освоения отдельных разделов учебных дисциплин профессионального цикла С.3.с.2., в том числе «Инженерная геодинамика» С.3.с.2.4., «Инженерно-геологические изыскания» - С.3.с.2.8., «Водоснабжение и инженерная мелиорация» - С.3.с.2.9., дисциплин математического и естественного цикла базовой части специализации Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» С.2.с.2., «Механика горных пород и грунтов», а также по выбору студентов: «Взаимодействие геологической среды с инженерными сооружениями» 3.с.2.13.2. и «Специальная инженерная геология» 3.с.2.14.2. 3. Требования к результатам освоения дисциплины Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: а) общекультурных: быть готовым обобщать, анализировать, воспринимать инженерную информацию о различных типах сооружений, строительных материалах, ставить цели и выбирать пути к ее достижению (ОК-1); готовность к использованию нормативных и правовых документов в инженерно2 геологической деятельности (ОК-7); готовность к осуществлению инженерно-геологической деятельности в различных сферах общественной жизни принятых в обществе моральных и правовых норм (ОК-8); б) профессиональных, в том числе б1) общепрофессиональных готовность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой инженерно-геологической деятельности (ПК-2); готовность демонстрировать понимание значимости курса «Инженерные сооружения», стремление и ответственное отношение к своей трудовой деятельности (ПК5); готовность проводить самостоятельно или в составе группы научный поиск, реализуя специальные средства и методы получения нового знания дисциплины «Инженерные сооружения» (ПК -6); применять основные методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК8); владеть основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ПК-9); б2) в области производственно-технологической деятельности готовность использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией (ПК-10); готовность выбирать технические средства для решения общепрофессиональных задач в инженерной геологии и осуществлять контроль за их применением (ПК-11); готовность проводить инженерно-геологические наблюдения на конкретном инженерном сооружении (строящимся, эксплуатируемом или реконструируемом) (ПК-12); готовность осуществлять привязку своих наблюдений на местности, составлять инженерно-геологические схемы, карты, планы, разрезы инженерно-геологического содержания применительно к конкретному инженерному сооружению или группе сооружений (ПК-13); готовность осуществлять контроль качества всех видов работ инженерногеологического содержания на разных стадиях изучения конкретных объектов (ПК-15); готовность применять правила обеспечения безопасности технологических процессов, а также персонала при проведении инженерно-геологических работ в полевых условиях, на горных предприятиях, промыслах и в лаборатории (ПК-16); готовность применять основные принципы рационального использования природных ресурсов и защиты геологической среды (ПК-17); б3) в области проектной деятельности – умение подготавливать и согласовывать инженерно-геологические задания на разработку проектных решений (ПК-18); – умение использовать знания методов полевых и камеральных инженерногеологических работ, выполнения инженерных расчетов и выбора технических средств при их проведении (ПК-19); – умение проводить технические расчеты для проектов обоснования выбора типов фундаментов в зависимости от типов грунтов несущего слоя, а также осуществлять анализ экономической эффективности таких проектов (ПК-20); б4) в области научно-исследовательской деятельности готовность устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению (ПК-21); готовность изучать, критически оценивать научную и научно-техническую 3 информацию отечественного и зарубежного опыта по тематике инженерно-геологического направления, опыта использования новых технологий строительства (ПК-22); способность планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные инженерно-геологические исследования, критически оценивать результаты инженерно-геологических исследований и делать выводы (ПК-23); способность проводить математическое моделирование развития деформаций сооружений на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований (ПК-24); умение подготавливать данные для составления обзоров, отчетов и научных публикаций по инженерным сооружениям (ПК-25); б5) в области организационно-управленческой деятельности нет; в) по специализации №2 "Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания": способность анализировать, систематизировать и интерпретировать инженерногеологическую информацию по взаимодействию инженерных сооружений с геологической средой (ПСК-2.1); способность планировать и организовывать инженерно-геологические исследования под конкретные инженерные объекты – гражданские, промышленные, транспортные, гидротехнические (ПСК - 2.2); умение составлять программы инженерно-геологических исследований для исследуемых и реконструируемых объектов либо при проведении экспертиз причин перехода сооружений в аварийное состояние (ПСК-2.3); умение оценивать инженерно-геологические условия для различных видов хозяйственной деятельности (ПСК-2.4); умение оценивать точность и достоверность выполненных инженерно-геологических прогнозов для конкретных инженерных сооружений (ПСК-2.5); умение прогнозировать некоторые инженерно-геологические процессы на стадии проектирования новых сооружений либо реконструкции эксплуатируемых объектов (ПСК2.6); умение оценивать точность и достоверность выполненных инженерно-геологических прогнозов в ходе строительства и эксплуатации сооружений различного назначения (ПСК2.7). В результате изучения дисциплины студент должен: Знать: основные физико-механические и теплофизические свойства строительных материалов, в том числе природных каменных материалов, различных вяжущих, бетонов, строительных растворов, их устойчивость в различных агрессивных средах; основные конструкционные типы гражданских, промышленных, транспортных и гидротехнических сооружений; фундаменты неглубокого и глубокого назначения, технологии их устройства и применения в различных инженерно-геологических условиях; методы защиты фундаментов от агрессивного действия подземных вод. Уметь: проводить предварительные расчеты размеров различных фундаментов неглубокого заложения; определять несущую способность различных видов свай и стадийность проектирования свайного фундамента; оценивать устойчивость сооружений с использованием критериев проектирования 4 по предельным состояниям; назначать мероприятия по обеспечению безаварийности строительных работ нулевого цикла. Владеть: технологиями использования конструктивных решений по обеспечению устойчивости наземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях (наличие слабых водонасыщенных глинистых грунтов, набухающих или просадочных отложений); технологиями определения несущей способности свай с помощью статического нагружения, либо опытной забивки свай; особенностями открытого и закрытого способа проходки подземных сооружений (транспортных тоннелей) и их обделки; мероприятиями по борьбе с поверхностными и подземными водами на шоссейных и железных дорогах; методами обследования и документации памятников архитектуры и последующего составления проектов реконструкции в соответствии с инженерно-геологическими условиями. 4. Объём дисциплины и виды учебной работы Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 3 зачётные единицы. Всего часов Семестр 7 Всего 64 64 Аудиторные занятия: в том числе Лекции Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа: в том числе Расчетно-графические работы Другие виды самостоятельной работы Изучение литературы по общей инженерной геологии, подготовка к лекциям и лабораторным работам Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) Общая трудоёмкость час зач. ед. 51 34 17 13 6 - 51 34 17 13 6 - 7 7 зачет 64 2 зачет 64 2 Вид учебной работы 5. Содержание дисциплины 5.1. Содержание разделов дисциплины № п/п 1 1 Наименование раздела дисциплины 2 Горные породы как строительный материал и сырье для изготовления вяжущих и керамики Содержание раздела 3 Введение Тема 1. Основные понятия о строительных материалах, их классификация Технологии изготовления строительных материалов из горных пород. Физико-механические и теплофизические свойства строительных материалов (теплопроводность и теплоемкость). Плотность, пористость, гигроскопичность, влагоемкость. Прочность, твердость, 5 № п/п Наименование раздела дисциплины Содержание раздела истираемость, сопротивление удару. Тема 2. Марки строительных материалов по прочности, водопроницаемости, морозоустойчивости. Коэффициент размягчяемости строительных материалов. Теплопроводность, теплоемкость, огнеупорность и огнестойкость строительных материалов. Тема 3. Использование горных пород как стенового и облицовочного материала. Основные требования. Применение рваного камня – бута и постелистого бута, щебня и песков. Горные породы как сырье для изготовления воздушных и гидравлических вяжущих. Тема 4. Технология получения воздушной, гидравлической извести, магнезиальных и гипсовых вяжущих. Технология получения цементного клинкера. Основные цементные минералы. Состав цементного клинкера (портландцемент). Использование вяжущих в строительстве. Тема 5. Понятие о бетонах. Технология изготовления бетонов. Требования к изготовлению бетонов. Требования к компонентам бетонов (крупный и мелкий заполнитель, цемент и вода). Достоинства и недостатки бетонов. Железобетон. 2 Тема 6. Керамические материалы. Сырье для керамических изделий (кирпич, черепица, керамические плитки и др.). Свойства керамических материалов. Характеристики кирпича, керамических блоков и керамических камней. Керамзит, аглопорит – заполнители для изготовления легкий бетонов. Конструктивные Тема 7. Понятие о классе зданий. Конструктивные схемы схемы гражданских гражданских зданий: с несущими стенами, с неполным и и промышленных полным каркасом. Промышленные одно- и многопролетные конструкции. Классификация зданий по степени их жесткости. зданий. Виды деформаций зданий в зависимости от их жесткости. Фундаменты Проектирование сооружений по предельным состояниям. зданий. Тема 8. Понятие о фундаментах как распределяющих конструкциях от массы зданий. Классификация фундаментов неглубокого заложения по условиям их работы и устройству. Сборные и монолитные фундаменты. Работы нулевого цикла. Устройство котлованов. Строительный водоотлив и строительное водопонижение. Шпунтовые ограждения. «Стена» в грунте. Технология ее устройства. Тема 9. Фундаменты глубокого заложения. Технология устройства массивных опускных колодцев. Колодцы – оболочки, особенности их погружения. Кессонные фундаменты и их применение в строительстве. Применение фундаментов глубокого заложения в зависимости от инженерногеологических условий. Тема 10. Свайные фундаменты. Классификация свайных фундаментов по материалу, форме, способу погружения, характеру работы. Сваи забивные, набивные, грунтовые, корневидные, буроинъекционные. Область применения свай в зависимости от инженерно-геологических условий и плотности застройки территории. Понятие о свайном фундаменте. Принципы проектирования свайного фундамента. Защита фундамента от агрессивного воздействия подземных вод. 6 № п/п 3 4 Наименование раздела дисциплины Транспортные сооружения Гидротехнические сооружения Содержание раздела Тема 11. Особенности строительства и эксплуатации транспортных сооружений в России и мировой практике. Автомобильные дороги. Категории автодорог. Основные элементы автодорог. Трасса, план трассы. Продольный и поперечный профиль автодороги. Дорога в выемке, насыпи и нулевых отметках. Основные уклоны продольного профиля. Земляное полотно автодороги. Основные принципы проектирования насыпи и выемки. Борьба с поверхностными и подземными водами. Тема 12. Железные дороги. История строительства железных дорог в России. Технические категории железных дорог. План трассы и продольный профиль. Руководящий уклон. Особенности проектирования железных дорог в зависимости от инженерно-геологических условий. Поперечный профиль. Основная площадка и верхнее строение пути. Тема 13. Мосты. Основные элементы мостов. Классификация мостов по материалу, назначению, расположению на местности, конструктивным особенностям, условиям работы. Типы мостовых опор (береговые устоев и промежуточные опоры быки). Фундаменты для мостовых опор в зависимости инженерно-геологических условий. Наиболее значимые мостовые переходы в мировой практике мостостроения. Тема 14. Тоннели и метрополитены. Классификация тоннелей по их назначению. Габариты автодорожных и железнодорожных тоннелей. Основные способы проходки тоннелей. Виды обделок в зависимости от глубины заложения тоннелей, инженерногеологических и гидрогеологических условий. Основные сооружения метрополитенов. Подземные станции, перегонные и эскалаторные тоннели. Вестибюли – наземные и подземные. Типовые решения сооружений метрополитенов. Сравнительная характеристика метрополитенов мира. Тема 15. Классификация гидротехнических сооружений. Особенности работы. Принципы регулирования водотоков. Назначение гидроузлов и их компоновка на равнинных и горных реках. Назначения сооружений в гидроузле. Общие сведения о плотинах, классификация по материалу, конструктивным особенностям, способу возведения. Тема 16. Земляные и бетонные плотины на песчаноглинистых грунтах и трещиноватых горных породах. Глухие и водосливные плотины. Общие принципы расчета бетонных плотин. Основные принципы проектирования водосливных плотин. Защита нижнего бьефа от размыва. Проектирование водобойного колодца и рисбермы в зависимости от инженерногеологических условий. Тема 17. Гидроаккумулятивные энергосистемы (ГАЭС). Конструктивные схемы ГАЭС в зависимости от инженерногеологических условий. Каналы, назначение и классификация. Борьба с фильтрацией из каналов. Конструкции одежды каналов. Сооружения промышленной гидротехники: хвостои шламохранилища. Экологический риск эксплуатации сооружений промышленной гидротехники. Воздействие таких сооружений на компоненты природной среды. 7 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № Наименование п/п обеспечиваемой (последующей) дисциплины 1. 2. 3. 4. Номера разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемой (последующей) дисциплины 1 2 3 4 + + + + Инженерная геодинамика Инженерно-геологические изыскания Взаимодействие геологической среды с инженерными сооружениями Специальная инженерная геология - + + + - + + + + + + + 5.3. Разделы дисциплин и виды занятий № п/п 1. 2. 3. 4. Наименование раздела дисциплины Горные породы как строительный материал и сырье для изготовления вяжущих и керамики Конструктивные схемы гражданских и промышленных зданий. Фундаменты зданий. Транспортные сооружения Гидротехнические сооружения Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов 8 Лекц. Лабор. работы СРС* Всего час. 12 - 2 14 8 14 2 24 8 6 3 - 2 7 13 13 6. Лабораторный практикум № п/п № раздела дисциплины 1. 2 2. 3 3. 4 Наименования лабораторных работ Определение расчетного сопротивления грунтов согласно положениям проектирования сооружений по II предельному состоянию (по деформациям) Виды деформаций практически жестких и практически гибких зданий. Определение неравномерности развития осадок сооружений. Определение второго критического давления согласно положениям проектирования сооружений по I предельному состоянию (по несущей способности) Определение размеров ленточных и/или отдельных фундаментов неглубокого заложения в зависимости от инженерно-геологических типов грунтов несущего слоя Расчет несущей способности забивных и бурозабивных свай согласно строительным нормам и правилам (СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М.2000) Расчет свайного фундамента гражданского здания в зависимости от инженерно-геологических условий, обоснование типа ростверка и определение давления на несущий слой основания согласно СП 50-102-2003 Определение устойчивости дорожной насыпи на слабом основании Трудоемкость (час.) 6 8 3 7. Практические занятия (семинары) Не предусмотрены учебным планом 8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены учебным планом. 9 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Барановский А.А. Мосты больших пролетов. Проектирование висячих и вантовых мостов. С.-Пб., 2005. - 272 с. 2. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. - 4-е. изд., перераб. и доп.-М.: 2000 г. – 320 c. 3. Материалы международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» Саранск, 2004г. 4. Мангушев Р.А., Ершов А.В., Осокин А.И.. Современные свайные технологии Учебное пособие 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Изд-во АСВ, 2010. - 240 с. 5. Попов К. Н., Каддо М. Б. Строительные материалы и изделия: Учебник. Изд. 4, перераб. и доп.,М., Высшая школа, 2002. – 440 с. 6. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. Под редакцией Б. И. Далматова. Учеб. пособие для студентов инженерно-строительных вузов и факультетов М., «Высш. школа», 1969. - 296 с. 7. Строительные нормы и правила. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М., 2000 8. Строительные правила. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М., Госстрой России, 2004 9. Технические строительные нормы. ТСН 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге. Администрация Санкт-Петербурга, СПб, 2004. 10. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г.. Геотехническое сопровождение развития городов (практическое пособие по проектированию зданий и подземных сооружений в условиях плотной застройки). СПб, 2010. – 560 с. Дополнительная 1. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог (в двух частях). М., Транспорт, 1987. - 368+415с. 2. Введение в гидротехнику. / Под ред. А. Л. Можевитинова.— М.: Энергоатомиздат, 1984. – 232 с. 3. Воробьев А.М. Строительные материалы. М., Изд-во Высшая школа, 1989 4. Ганичев, И. А., Устройство искусственных оснований и фундаментов. М., Стройиздат, 1981. – 543 с. 5. Данилович И.Ю., Сканави Н.А. Использование топливных шлаков и зол для производства строительных материалов. 1988. - 72 с. 6. Дашко Р.Э. Инженерные сооружения. Учебное пособие для специальности Гидрогеология и инженерная геология. Л., 1980, 60 с. 7. Крутов В. И. Основания и фундаменты на насыпных грунтах. М.: Высш. шк., 1988. 8. Мустафаев А.А. Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах. М.: Высш.школа, 1979. - 368 с. 9. Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы. -Киев: Вища шк.-1985.-439 с. 10. Региональные временные строительные нормы. РВСН 20-01-2006 «Защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды», СПб, 2006 11. Смородинов М.И., Федоров Б.С. Устройство сооружений и фундаментов способом "стена в грунте", М., 1986. – 216 с. 10 12. Технические строительные нормы. ТСН 20-303-2006. Защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды. Санкт-Петербург, 2006 в) программное обеспечение: не предусмотрено г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: http://www.hge.pu.ru http://www.twirpx.com/files/geologic/geology/gsssr/ http://www.vsegei.ru/ru/ http://www.vsegingeo.ru/ http://www.complexdoc.ru/ 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины: Специализированные лаборатории для проведения лабораторных занятий по дисциплинам: «Основы инженерной геологии», «Общая инженерная геология», «Грунтоведение», «Инженерные сооружения» приведены ниже: определение физических свойств и гранулометрического состава грунтов; определение показателей водных свойств грунтов; определение показателей механических свойств грунтов; компьютерный класс. Кроме того, лаборатория «Центра инженерно-геологических исследований». 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины: Основой изучения дисциплины «Инженерные сооружения» является анализ возможности использования горных пород и грунтов для непосредственного применения в качестве строительных материалов, а также рассматриваемых как сырье для получения вяжущих, керамики и бетонов. Кроме того, курс «Инженерные сооружения» рассматривается как базовая дисциплина, позволяющая анализировать и прогнозировать длительную устойчивость сооружений различного назначения (гражданских, промышленных, транспортных, гидротехнических) при их взаимодействии с геологической средой с учетом конструктивных особенностей подземных и наземных частей инженерных объектов и технологии их функционирования во времени, что дает возможность повысить достоверность и надежность получаемой инженерно-геологической информации с применением научно-практических положений техногенеза геологической среды и строительных материалов. Разработал: профессор кафедры ГиИГ Р.Э. Дашко 11