СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. Часть 3

РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

СООРУЖЕНИЙ НА НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ

7.14. Горизонтальные перемещения сооружений и их элементов, воспринимающих горизонтальную нагрузку (например, подпорных стен, зданий ГЭС, анкерных устройств), следует, как правило, определять методами, учитывающими развитие областей пластических деформаций (применяя в необходимых случаях теорию пластического течения).

Для сооружений III и IV классов горизонтальные перемещения допускается определять упрощенными методами по указаниям рекомендуемого приложения 14 (для конечных горизонтальных перемещений).

Допускается не производить проверку горизонтальных перемещении основания гравитационных и заанкеренных шпунтовых подпорных стен портовых гидротехнических сооружений.

7.15. Для анкерных устройств и других элементов сооружения, от перемещения которых зависят его прочность и устойчивость, расчеты горизонтальных перемещений выполняются при характеристиках грунта и нагрузках, соответствующих предельным состояниям первой группы.

7.16. Нестабилизированные горизонтальные перемещения сооружений u_t к моменту времени t следует определять по формуле

(39)

где – то же. что в формуле (34) ;

и – конечное (стабилизированное) перемещение сооружения, определяемое по указаниям рекомендуемого приложения 14.

7.17. Предельные горизонтальные перемещения сооружения u_u не должны быть более 0,75 u_lim,

где u_lim – горизонтальное перемещение сооружения, соответствующее достижению предельного равновесия системы сооружение–основание по плоскому сдвигу и определяемое по формуле

(40)

где – предельное перемещение штампа;

– площадь штампа;

А – площадь фундамента сооружения;

п_i – параметр, определяемый в соответствии с указаниями обязательного приложения 3.

РАСЧЕТ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ ПЛОТИН

ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

7.18. Нестабилизированные осадки и горизонтальные перемещения плотин из грунтовых материалов следует определять по указаниям пп. 7.10 и 7.16. В расчетах в случае необходимости должны использоваться решения нелинейной теории упругости, теории консолидации или теории вязкопластичности. При этом необходимо учитывать зависимость проницаемости связных грунтов ядер плотин от уплотнения в процессе консолидации, водонасыщенности и других факторов.

7.19. Осадку плотины следует определять как сумму осадок се основания и тела.

Осадки тела плотины и основания допускается определять методом послойного суммирования по расчетным вертикалям.

Деформацию грунта в каждом слое определяют по компрессионной зависимости. Коэффициент пористости для расчетного момента времени определяют в зависимости от эффективного напряжения.

Осадками и горизонтальными смещениями скального основания, как правило, пренебрегают.

20. Расчетами определяют:

строительные осадки S_с – вертикальные перемещения точек плотины к моменту завершения ее строительства;

эксплуатационные осадки S_e –дополнительные вертикальные перемещения точек плотины, происходящие с момента окончания строительства до момента завершения консолидации грунтов основания и тела плотины;

суммарная осадка s_å грунта тела плотины и основания.

Суммарную осадку тела плотины и основания допускается определять методом послойного суммирования для условий одномерной задачи по указаниям рекомендуемого приложения 15.

Строительную осадку s_c необходимо определять как разность суммарной осадки в рассматриваемом слое s_å на момент окончания строительства и s_å на момент отсыпки этого слоя грунта.

Эксплуатационную осадку s_e следует определять как разность суммарной осадки s_å на момент завершения консолидации и s_å на момент завершения строительства плотины.

7.21. Для расчета строительного подъема в соответствии с указаниями СНиП 2.06.05–84 необходимо определить эксплуатационную осадку гребня плотины. Для уточнения дополнительного объема грунта, укладываемого в плотину, определяют разность между суммарным сжатием грунта на момент завершения консолидации и эксплуатационной осадки точек контура плотины.

РАСЧЕТ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

НА СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ

7.22. Расчет перемещений сооружений, возводимых на скальных основаниях, как правило, следует производить только для сооружений I класса.

7.23. При расчете перемещений, если < 5 ( – ширина напорного фронта сооружения, Н – напор на сооружение), следует рассматривать пространственную задачу, если 5 – плоскую. При этом для расчета перемещений сооружений могут быть применены методы линейной и нелинейной теории упругости. Условная толщина cжимаемого слоя основания в расчетах принимается равной ширине подошвы сооружения b.

На стадии технико–экономического обоснования строительства скальное основание допускается рассматривать в виде линейно–деформируемой среды.

7.24. При определении перемещений сооружений следует учитывать давление грунта (наносов или засыпки) на ложе водохранилища, объемные фильтрационные силы в основании, нагрузки от сооружения, передаваемые на основание, и взвешивающее действие воды в берегах при наполнении водохранилища. При расчете перемещений склонов в узких каньонах (< 2,5 ) следует учитывать взвешивающее действие воды и фильтрационные силы после наполнения водохранилища до проектной отметки.

8. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ОСНОВАНИЙ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОПРЯЖЕНИЯ

СООРУЖЕНИЙ С ОСНОВАНИЕМ

8.1 При проектировании оснований сооружений необходимо предусматривать мероприятия по сопряжению сооружения с основанием, обеспечивающие устойчивость сооружения, прочность основания (в том числе фильтрационную), допустимое напряженно–деформированное состояние сооружения и его основания при всех расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий.

Во всех случаях при проектировании сопряжения сооружения с основанием следует учитывать возможное изменение фильтрационных характеристик и характеристик прочности и деформируемости грунтов в процессе возведения и эксплуатации сооружения.

8.2. При проектировании сопряжений сооружений с основанием следует, как правило, предусматривать удаление или замену слабых (или ослабленных в процессе строительства) грунтов с поверхности на глубину, ниже которой характеристики грунтов (с учетом возможного их улучшения) удовлетворяют условиям устойчивости сооружения, прочности основания и заданного фильтрационного режима.

Крутизна откосов береговых примыканий сооружений должна быть выбрана из условий обеспечения устойчивости как самих откосов, так и сооружений на периоды строительства и эксплуатации.

8.3. При проектировании сопряжения сооружения со скальным основанием в случаях, если удаление грунта экономически нецелесообразно, для обеспечения выполнения требований устойчивости сооружения или его береговых упоров, прочности и деформируемости основания, для уменьшения объемов удаления скального грунта следует рассматривать следующие мероприятия:

снижение противодавления в основании напорных сооружений и береговых массивах примыканий;

создание уклона в сторону верхнего бьефа на контакте сооружения с основанием;

создание упора в основании со стороны нижнего бьефа;

применение конструкций, обеспечивающих наиболее благоприятное направление усилий и воздействий на основание и береговые примыкания сооружения;

анкеровку секций сооружения и береговых примыканий;

инъекционное укрепление грунтов основания.

При недостаточной технико–экономической эффективности указанных мероприятий должно быть предусмотрено заглубление подошвы сооружения в более сохранную зону скальных грунтов.

8.4. Для обеспечения устойчивости сооружений на нескальных основаниях, обеспечения прочности и допустимых осадок и смещений при проектировании сопряжения сооружения с основанием в необходимых случаях следует предусматривать устройство верхового и низового зубьев, дренирование малопроницаемых слоев основания, уплотнение и инъекционное укрепление грунтов и другие мероприятия.

При проектировании портовых сооружений следует предусматривать в необходимых случаях устройство каменной постели, разгружающих и анкерующих устройств, а также снятие гидростатического (фильтрационного) давления в грунте за стенкой.

Для сооружений мелиоративного назначения, для которых в процессе эксплуатации допускаются осушение водотока и промораживание всего или части основания, и возводимых на пылевато–глинистых или мелких песчаных грунтах в необходимых случаях в проектах следует предусматривать соответствующие инженерные мероприятия (устройство дренажей, противомиграционные экраны, замену части грунта основания грунтом требуемых свойств и т. п.), исключающие вредные последствия промораживания и оттаивания грунтов для устойчивости сооружения и прочности основания.

8.5. В проектах основания грунтовых плотин, возводимых на нескальном основании, как правило, следует предусматривать подготовку и выравнивание основания, удаление растительного слоя и слоя, пронизанного корневищами деревьев и кустов или ходами землеройных животных, а также удаление грунта, содержащего более 5 % по массе органических включений или такое же количество солей, легко растворимых в воде.

8.6. При проектировании сопряжений плотин из грунтовых материалов с основанием следует предусматривать мероприятия (расчистку поверхности основания, заглубление подошвы плотины, заделку трещин в скальных грунтах, дренаж и т. п.), направленные на обеспечение устойчивости плотин, уменьшение неравномерных деформаций основания и сооружения, предотвращение суффозии и недопустимого снижения прочности грунта основания при его водонасыщении и т. д.

При обосновании допускается строительство грунтовых плотин на основаниях, содержащих водорастворимые включения и биогенные грунты.

8.7. При проектировании сопряжения водонепроницаемых элементов грунтовых плотин, возводимых на скальном основании, должны быть предусмотрены удаление разрушенной скалы, в том числе отдельно лежащих крупных камней и скоплений камней, разделка и бетонирование разведочных геологических и строительных выработок, крупных трещин.

При наличии в основании водонерастворимых, слабоводопроницаемых скальных грунтов, как правило, следует предусматривать только выравнивание поверхности основания под подошвой водонепроницаемого элемента плотины. В остальных случаях следует, как правило, предусматривать следующие мероприятия: устройство бетонной плиты, покрытие скалы торкретом, инъекционное уплотнение части основания, прилегающей к подошве водонепроницаемого элемента.

На участках сопряжения противофильтрационных элементов грунтовых плотин с наклонными неровными поверхностями скальных берегов в проектах следует предусматривать постепенное уположение откоса берегового примыкания от гребня плотины к основанию без резких переломов профиля, с наименьшим экономически обоснованным общим наклоном примыкания. При этом следует, как правило, предусматривать срезку выступающих участков откоса и заполнение углублений бетоном.

На участках сопряжения с основанием частей профиля плотины, выполняемых из более водопроницаемых материалов, чем противофильтрационные устройства, удаление разборной разрушенной (выветрелой) скалы не обязательно.

8.8. В проекте оснований сооружений должны быть указаны мероприятия, обеспечивающие предотвращение в процессе строительства промерзания, выветривания, разуплотнения и разжижения грунтов, а также исключающие возможность фильтрации напорных вод через дно котлована.

8.9. Глубину заложения подошвы сооружений следует принимать минимально возможной с учетом:

типа и конструктивных особенностей сооружений;

характера нагрузок и воздействий на основание;

геологических условий площадки строительства (строительных свойств грунтов, структуры основания, наличия ослабленных поверхностей – слабых прослоев, зон тектонических нарушений и др.) ;

топографических условий территории строительства;

гидрогеологических условий (водопроницаемости грунтов, напоров, уровней и агрессивности грунтовых вод и др.) ;

области размыва грунтов в нижнем бьефе;

глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов;

судоходных уровней воды и др.

Примечание. Для мелиоративных гидротехнических сооружений допускается принимать глубину заложения их подошвы независимо от глубины промерзания, при этом необходимо учитывать указания п. 8.4.

8.10. При проектировании сопряжений бетонных и железобетонных сооружений со скальным основанием следует предусматривать:

для однородных оснований – удаление интенсивно выветрелых грунтов (разборного слоя), имеющих низкие прочностные и деформационные характеристики и слабо поддающихся омоноличиванию из–за наличия глинистого заполнителя в трещинах (при обосновании допускается удалять слабые грунты только с низовой стороны сооружения);

для неоднородных оснований, имеющих крупные нарушения и области глубокого избирательного выветривания, – удаление грунта, объем которого следует принимать на основе результатов анализа напряженного состояния и устойчивости сооружения с учетом возможного укрепления ослабленных областей основания и заделки трещин.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ И УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ

8.11. Закрепление и уплотнение грунтов в основании сооружений следует предусматривать для изменения прочностных и деформационных характеристик грунтов с целью повышения несущей способности оснований, уменьшения осадок и смещений, а также для обеспечения требуемой проектом водопроницаемости и фильтрационной прочности.

В качестве мероприятий по изменению прочностных и деформационных свойств грунтов могут быть рекомендованы цементация, химические методы закрепления, замораживание грунтов, механическое уплотнение, дренирование массива, устройство набивных свай и т. д.

Закрепление и уплотнение грунтов в основании водоподпорных сооружений, предусматриваемые в проекте с целью уменьшения фильтрации под сооружением или в обход его и устранения опасных последствий фильтрации, должны включать устройство противофильтрационных преград (завес, зубьев, шпунтовых рядов, „стен в грунте", понуров и др.), а также механическое и инъекционное уплотнение грунта.

Примечание. При проектировании укрепления основания следует учитывать, что изменение прочностных и деформационных характеристик грунтов влечет за собой изменение их фильтрационных свойств и наоборот.

8.12. При проектировании подпорных сооружений при необходимости следует предусматривать в первую очередь закрепление грунтов в области, примыкающей к низовой грани сооружения, а также закрепление и уплотнение выходов в пределах контура сооружения и основания крупных трещин, тектонических зон и других разрывных нарушений и прослоек ослабленных грунтов. Сплошное усиление основания должно быть обосновано.

При проектировании подпорных сооружений I и II классов определение способа и объемов работ по укреплению основания должно обосновываться расчетами, а для сооружений I класса при необходимости – и экспериментальными исследованиями напряженно–деформированного состояния сооружения и основания.

Для сооружений III и IV классов на всех стадиях проектирования, а также для сооружений I и II классов на стадии технико–экономического обоснования способы и объемы работ по укреплению основания допускается устанавливать по аналогам.

8.13. При проектировании портовых сооружений на сильнодеформируемых и слабопрочных грунтах следует предусматривать закрепление грунтов в зоне отпора перед лицевой и анкерной стенами, а также в пределах засыпки. В этом случае способ закрепления на стадии технико–экономического обоснования также устанавливается по аналогам. На стадиях проекта и рабочей документации способ укрепления грунта и объем работ определяются на основе расчетов и экспериментальных исследований.

8.14. Устройство противофильтрационных завес (преград) обязательно в тех случаях, когда основание сложено фильтрующими слабоводоустойчивыми и быстрорастворимыми грунтами. При водостойких грунтах устройство завесы должно быть обосновано.

Глубину и ширину противофильтрационной завесы следует обосновывать расчетом или результатом экспериментальных исследований.

При проектировании скальных оснований бетонных плотин рекомендуется рассматривать возможность расположения противофильтрационных завес за пределами зоны трещинообразования под напорной гранью, а также их наклона в сторону верхнего бьефа.

Примечание. Проектирование подземного контура, в том числе противофильтрационных завес и дренажей, должно выполняться в соответствии с требованиями СНиП 2.06.06–85 и СНиП 2.06.05–84.

8.15. На участке сопряжения завесы с подошвой сооружения в целях предотвращения фильтрации в зоне наибольших градиентов напора в проекте следует предусматривать местное усиление завесы дополнительными рядами неглубоких скважин, располагаемых у напорной грани сооружения, параллельной основному ряду (или рядам) скважин, или в пределах самой завесы. Расстояние между дополнительными скважинами допускается принимать большим, чем между основными скважинами в завесе.

8.16. В местах сопряжения противофильтрационных устройств (зубьев, диафрагм, шпунта и т.д.) с основанием или берегами следует предусматривать тщательную укладку и уплотнение грунта с применением для этой цели более устойчивого к суффозии и пластичного грунта, способного кольматировать трещины в скальном основании.

8.17. В проектах оснований водоподпорных сооружений в качестве мероприятия по снижению противодавления следует предусматривать устройство дренажа. В скальных основаниях дренаж следует располагать главным образом со стороны напорной грани сооружения, а при необходимости – и в средней части его подошвы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рекомендуемое

КЛАССИФИКАЦИЯ МАССИВОВ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Таблица 1

Классификация по трещиноватости

Таблица 2

Классификация по вoдoпpoницaемocти

Таблица 3

Классификация по деформируемости

Таблица 4

Классификация по степени выветрелости

Таблица 5

Классификация по характеру нарушения

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ tg и с ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ МЕТОДАМИ СРЕЗА (СДВИГА) И ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ

Нормативные значения характеристик tg и с_n по результатам испытаний методом среза вычисляются по формулам:

(1)

(2)

При получении с_n < 0 следует принять с_n = 0, а значение tg вновь вычислить по формуле

(3)

В формулах (1) –(3) :

–парные частные значения средних нормальных и предельных касательных к плоскости сдвига напряжений, полученные в отдельных испытаниях;

п – число парных значений и , включенных в одну совокупность ( п должно быть не менее 6 ).

Для определения нормативных значений характеристик tg и с_n по результатам испытаний методом трехосного сжатия предварительно необходимо вычислить коэффициенты N и М по формулам:

(4)

(5)

При получении M < 0 следует принять М = 0, а коэффициент N вычислить вновь по формуле

(6)

В формулах (4) – (6) :

– частные предельные значения максимальных и минимальных напряжений, полученные в отдельных испытаниях;

n – число парных значений , включенных в одну совокупность (п должно быть не менее 6).

Нормативные значения tg и с_n по найденным значениям коэффициентов N и М следует определять по формулам:

(7)

(8)

Расчетные значения прочностных характеристик tg и с_I,II в соответствии с указаниями пп. 2.7 и 2.16 должны вычисляться по формулам:

(9)

(10)

При вычислениях значений tg и с_II в формулах (9) и (10) следует принимать = 1.

При определении значений tg и с_I по формулам (9) и (10) при использовании результатов испытаний методом среза коэффициент следует вычислить по формуле

(11)

Если <,то вместо формулы (11) следует использовать формулу

(12)

Входящие в формулы (11) и (12) значения и следует определять по формулам:;

; (13)

(14)

В формулах (12) – (14) :

– минимальное и максимальное значения нормальных напряжений на поверхности сдвига, ограничивающие расчетный диапазон этих напряжений.

Входящие в формулы (11) и (12) доверительные интервалы должны вычисляться по формуле

(15)

где V – коэффициент, принимаемый по таблице в зависимости от параметра , вычисляемого по формуле (18), от числа степеней свободы К = п – 2 и от односторонней доверительной вероятности (ее следует принимать равной 0,95);

(16)

– при вычислении ;

– при вычислении ;

(17)

в формуле (17) п –2 следует заменить на n – 1, если принято c_n = 0, а значение tg вычислено по формуле (3) ;

(18)

где

(19)

(20)

При использовании результатов испытаний методом трехосного сжатия значение коэффициента следует определять, используя зависимости (11) –(20), заменив в них

соответственно на

Значение коэффициента V при = 0,95