СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ (ВОЛНОВЫЕ, ЛЕДОВЫЕ И ОТ СУДОВ)

СНиП 2.06.04-82*

ГОССТРОЙ СССР

Москва 1989

РАЗРАБОТАНЫ ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева Минэнерго СССР (д-р техн. наук Д.Д. Леппо - научный руководитель и редактор работ; канд. техн. наук А.П. Пак - руководитель темы; кандидаты техн. наук Л.Б. Певзнер и И.Н. Шаталина; И.Я. Попов и О.С. Наумов) при участии организаций Минобороны (доктора техн. наук П.П. Кульмач и А.М. Жуковец; кандидаты техн. наук Б.В. Балашов, Н.Г. Заритовский, Н.Н. Загрядская, В.В. Каплун и С.С. Мищенко); Союзморниипроекта Минморфлота (д-р. физ.-мат. наук Ю. М. Крылов, канд. физ.-мат. наук С.С. Стрекалов, канд. техн. наук И.Б. Тишкин); Института водных проблем АН СССР (канд. техн. наук Г.Ф. Красножон); Госу­дарственного океанографического института Госкомгидромета (д-р физ.-мат. наук Г.В. Матушевский); МИСИ им. В.В. Куйбышева Минвуза СССР (д-р техн. наук Г.Н. Смирнов, канд. техн. наук И.Ш. Халфин); Ленинградского института водного транспорта Минречфлота РСФСР (д-р техн. наук В. К. Штенцель) ; ЦНИИСа Минтрансстроя (д-р техн. наук А.И. Кузнецов, кандидаты техн. наук Г.Д. Хасхачих, Л.А. Морозов); НИИЖТа МПС (д-р техн. наук К. Н. Коржавин) и института Гипроморнефтегаз (кандида­ты техн. наук М.Ф. Курбанов и В.Г. Саркисов) и ВНИПИ Морнефтегаэ (д-р физ.-мат. наук С.А Вершинин) Мингазпрома.

ВНЕСЕНЫ Минэнерго СССР.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Отделом технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР (В.А. Кулиничев).

СНиП 2.06.04-82* является переизданием СНиП 2.06.04-82 с изменением №1, утвержденным постановлением Госстроя СССР от 12 марта 1986 г. №27.

При пользовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые журнале "Бюллетень строительной техники", "Сборнике изменений к строительным нормам и правилам" Госстроя СССР и информационном указателе "Государственные стандарты СССР Госстандарта".

Утверждение изменения №2 СНиП 2.06.04—82* "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"

Постановлением Госстроя СССР от 10 октября 1988 г. №208 утверждено и введено в действие с 1 января 1989г. Разработанное ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Минэнерго СССР приведенное ниже изменение №2 СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)", утвержденного постановлением Госстроя СССР от 15 июня 1982 г. №161.

Пункт 6* приложения 1 изложить в новой редакции:

"6*. Высоту ветрового вагона , м, следует принимать по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) допускается определять по формуле

, (148*)

где a_w- угол между продольной осью водоема и направ­лением ветра, град;

V_w - расчетная скорости ветра, определяемая но р. 9*;

L - разгон, м.

K_w - коэффициент, принимаемый по табл. 2*

Таблица 2*

Настоящие нормы распространяются на речные и морские гидро­тех­нические сооружения при проек­тировании вновь строящихся и реконструкции су­ществующих объектов.

Нормы устанавливают нормативные значении нагрузок и воздействий от волн, льда и судов на гидротехнические сооружения. Расчетная нагрузка должна определяться как произведение норматив­ной нагрузки на коэффициент надежности по на­грузкам g_f, учитывающий возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную сторону от ее норма­тивного значения; g_f должен приниматься согласно требованиям, приведенным в главе СНиП по основ­ным положениям проектирования речных гидро­технических сооружений.

Нагрузки от волн и льда на гидротехнические сооружения I класса, а также расчетные элементы волн на открытых и огражденных акваториях необ­ходимо уточнять на основе натурных наблюдений и лабораторных исследований.

1. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЛН НА ГИДРОТЕХНИ­ЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО И ОТКОСНОГО ПРОФИЛЕЙ

НАГРУЗКИ ОТ СТОЯЩИХ ВОЛН НА СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬ­НОГО ПРОФИЛЯ

1.1. Расчет сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории (рис. 1) дол­жен производиться при глубине до дна d_b>1,25h; при этом в формулах для свободной волновой поверхности и волно­вого давления вместо глубины до дна d_b, м, необ­ходимо применять условную расчетную глубину d, м, определяемую по формуле

, (1)

где d_f - глубина над подошвой сооружения, м;

k_br - коэффициент, принимаемый по гра­фикам рис. 2;

h - высота бегущей волны, м, принима­емая по приложению 1.

Рис.1. Эпюры давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны открытой акватории

а - при гребне волны; б - При ложбине волны (с эпюрами взвешивающего волнового давления на берменные мас­сивы)

Рис. 2. Графики значения коэффициента k_br

1.2. Возвышение или понижение свободной вол­новой поверхности h, м, у вертикальной стены, от­считываемое от расчетного уровня воды, должно определяться по формуле

, (2)

- круговая частота волны;

- средний период волны, с;

t - время, с;

l - средняя длина волны, м.

При действии стоячей волны на вертикальную стену необходимо предусматривать три случая оп­ределения h по формуле (2) для следующих значений cos wt:

а) cos wt = 1 - при подходе к стене вершины волны, возвыша­ющейся над расчетным уровнем на h_max, м;

б) 1> cos wt > 0 - при максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки Р_xс, кН/м, для гребня волны, возвышающегося над рас­четным уровнем на h_с, в этом случае значение cos wt должно определяться по формуле

, (3)

в) cos wt = -1 - при максимальном значении го­ризонтальной линейной волновой нагрузки Р_xt, кН/м, для подошвы волны, расположенной ниже расчетного уровня на h_t.

Примечание. При и во всех других случа­ях, когда по формуле (3) значение cos wt > 1, необходимо в дальнейшем при расчетах принимать cos wt = 1.

1.3. В глубоководной зоне горизонтальную ли­нейную нагрузку на вертикальную стену Р_x, кН/м, при гребне или ложбине стоячей волны (см. рис. 1) необходимо принимать по эпюре волнового давле­ния, при этом величина р, кПа, на глубине z, м, должна определяться по формуле

где r — плотность воды, т/м³;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

z - координаты точек (z₁ =h_c, z₂ = 0, ... z_n =d), м, отсчитываемыми от расчетного уровня.

Для гребня при z₁ =h_c, а для ложбины при z₆ = 0, следует принимать p = 0.

1.4. В мелководной зоне горизонтальную линей­ную нагрузку на вертикальную стену Р_x,. кН/м, при гребне и ложбине стоячей волны (см. рис. 1) необ­ходимо принимать по эпюре волнового давления, при этом величина р, кПа, на глубине z, м, должна определяться по табл. 1.

Таблица 1

Рис. 3. Графики значений коэффициентов k₂ и k₃

Рис. 4. Графики значений коэффициентов k₄ и k₅

Рис. 5. Графики значений коэффициентов k₈ и k₉

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЛН НА СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ (ОСОБЫЕ СЛУЧАИ)

1.5*. Волновое давление р, кПа, на вертикальную стену с возвыше­нием над расчетным уровнем верха сооружения z_sup, м, на величину менее h_max, м, следует определять согласно пп.1.3 и 1.4 с последу­ющим умножением полученных значений давле­ния на коэффициент к_с, определяемый по формуле

, (5)

где знаки "плюс" и "минус" соответствуют положе­нию верха сооружения выше или ниже расчетного уровня воды.

Возвышение или понижение свободной волновой поверхности h, определенное по п.1.2, следует также умножать на коэффициент к_с.

Горизонтальная линейная волновая нагрузка Р_xc, кН/м, в рассматриваемом случае должна опре­деляться по площади эпюры волнового давления в пределах высоты вертикальной стены.

1.6. При подходе фронта волны к сооружению под углом a, град, со стороны открытой акватории (в расчетах устойчивости сооружения и прочности грунтов основания) линейную волновую нагрузку на вертикальную стену, определенную согласно пп.1.3 и 1.4, необходимо уменьшать путем умноже­ния ее на коэффициент k_cs, принимаемый равным:

Примечание. При перемещении фронта волн вдоль стены, т.е. для a, близких или равных 90 град, волновую нагрузку следует определять согласно п.1.7.

1.7. Горизонтальную нагрузку от дифрагированных волн со стороны огражденной акватории следу­ет определять при относительной длине секции со­оружения ; при этом расчетную эпюру вол­нового давления со значениями р, кПа, допускается выполнять по трем точкам, рассматривая следую­щие случаи:

а) вершина волны совмещена с серединой секции сооружения (рис. 6, а) :

б) подошва волны совмещена с серединой секции сооружения (рис. 6, б) :

z₁ =0, p₁ = 0; (9)

где h_dif - высота дифрагированной волны, м, оп­ределяемая согласно обязательному прил. 1;

k_l - коэффициент, принимаемый по табл. 2.

Рис.6. Эпюры давления дифрагированных волн на вертикальную стену со стороны огражденной акватории

а - при гребне волны; б - при ложбине волны

Таблица 2

1.8. Взвешивающее волновое давление в горизон­тальных швах массивовой кладки и по подошве со­оружения следует принимать равным соответствую­щим величинам горизонтального волнового давле­ния в крайних точках (см. рис. 1 и 6) при линейном изменении его в пределах ширины сооружения.

1.9. Максимальную донную скорость v_b,max, м/с, перед вертикаль­ной стеной (от действия стоячих волн) на расстоянии 0,25 от передней грани стены необходимо определять по формуле

(12)

где k_sl - коэффициент, принимаемый по табл. 3.

Таблица 3

Допускаемые значения неразмывающих донных скоростей v_b,adm, м/с, для грунта крупностью фракций D, мм, следует принимать по рис.7; при v_b,max > v_b,adm необходимо предусматривать за­щиту от размы­ва основания.

Рис.7. График допускаемых значений неразмывающих донных скоростей

1.10. Эпюра взвешивающего волнового давления на берменные массивы должна приниматься трапеце­идальной, согласно рис. 1, б, с ординатами р_br,i, кПа, определяемыми (при i = 1, 2 или 3) по фор­муле

, (13)

где х_i - расстояние от стены до соответствующей грани массива, м;

k_br - коэффициент, принимаемый по табл.4;

p_f - волновое давление на уровне подошвы сооружения.

Таблица 4

НАГРУЗКИ ОТ РАЗБИВАЮЩИХСЯ И ПРИБОЙНЫХ ВОЛН НА СООРУЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

1.11. Расчет сооружений на воздействие разбиваю­щихся волн со стороны открытой акватории должен производиться при глубине над бермой d_br< 1,25h и глубине до дна (рис.8).

Рис.8. Эпюры давления разбивающихся волн на вертикальную стену

Горизонтальную линейную нагрузку P_xc, кН/м, от разбивающихся волн необходимо принимать по площади эпюры бокового волнового давления, при этом величины р, кПа, для значений ординат z, м, следует определять по формулам:

z₁ = -h, p₁ = 0; (14)

z₂ = 0, p₂ = 1,5rgh; (15)

z₃ = d_f, . (16)

Вертикальную линейную нагрузку Р_zс, кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной пло­щади эпюры взвешивающего волнового давления и определять по формуле

, (17)

где m - коэффициент, принимаемый по табл. 5.

Таблица 5

Максимальную скорость воды v_f,max, м/с, над поверхностью бермы перед вертикальной стеной при разбивающихся волнах необходимо определять по формуле

(18)

1.12. Расчет сооружений на воздействие прибой­ных волн со сторо­ны открытой акватории должен производиться при глубине d_b£d_cr на примыкаю­щем к стене участке дна протяженностью не менее 0,5, м (рис. 9), при этом возвышение вершины максимальной прибойной волны h_c,sur, м, над рас­четным уровнем следует определять по формуле

h_c,sur = -0,5d_f - h_sur, (19)

где h_sur - высота прибойной волны, м;

d_cr - критическая глубина, м.

Рис.9. Эпюры давления прибойных воли на вертикальную стену

а — с верхом постели на уровне дна; б - с возвышающейся над дном постелью

Горизонтальную линейную нагрузку Р_xc, кН/м, от прибойных волн необходимо принимать по пло­щади эпюры бокового волнового давления, при этом величины р, кПа, для значений ординат z, м, должны определяться по формулам:

z₁ = -h_sur, p₁ = 0; (20)

, p₂ = 1,5rgh_sur; (21)

z₃ = d_f, , (22)

где - средняя длина прибойной волны, м.

Вертикальную линейную нагрузку Р_zc, кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с вы­сотой р₃) и определять по формуле:

. (23)

Максимальная донная скорость прибойной волны v_{b, max}, м/с, перед вертикальной стеной со стороны открытой акватории должна определяться по фор­муле:

, (24)

1.13. Определение нагрузок на вертикальную сте­ну от воздействия разбивающихся и прибойных волн (см. рис.8 и 9) при надлежащем обосновании допускается производить динамическими методами, учитывающими импульсы давления и инерционные силы.

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЛН НА СООРУЖЕНИЯ ОТКОСНОГО ПРОФИЛЯ

1.14*. Высоту наката на откос волн обеспечен­ностью 1 % по накату (h_run1%, м) для фронтально подходящих волн при глубине перед сооружением d ³ 2h_1% надлежит определять по формуле

h_run1% = k_rk_pk_spk_runh_1% , (25)

где k_r и k_p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл.6;

k_sp - коэффициент, принимаемый по табл. 7*;

k_run - коэффициент, принимаемый по графи­кам рис.10* в зависимости от пологости волны на глубокой воде.

При глубине перед сооружением d < 2h_1% коэф­фициент k_run необхо­димо принимать для значений пологости волны, указанной на рис. 10* в скобках и определяемой при глубине d = 2h_1%.

Высоту наката на откос волн обеспеченностью i, %, по накату необходимо определять умножением полученного по формуле (25) значения h_run1%, м, на коэффициент k_i принимаемый по табл.8.

Таблица 6

Таблица 7*

Таблица 8

Рис. 10*. Графики значений коэффициента k_run

При подходе фронта волны к сооружению под углом a, град, со стороны открытой акватории ве­личину наката волн на откос следует уменьшать умножением на коэффициент k_a, принимаемый по табл.9.

Таблица 9

Примечание. При определении высоты наката волн на песчаные и гравийно - галечниковые пляжи необходимо учитывать изменение уклона пляжа во время шторма. Наибольшее понижение пляжа в створе уреза воды следует принимать равным 0,3h, м, с выклиниванием на нулевые значения на берегу до высоты наибольшего наката, а в море до глубины d = d_cr, м, для размываемых грунтов или на глубине d = d_{cr, u}, м, - для неразмываемых грунтов (где h, d_cr и d_{cr, u} - соответственно высота волны и глубина воды в створах первого и последнего обрушений, м).

1.15. Эпюра волнового давления на откос при 1,5 £ ctg j £ 5, укреп­лен­ный монолитными или сборными плитами, должна приниматься по рис.11, при этом максимальное расчетное волновое давле­ние р_d, кПа, необходимо определять по формуле:

p_d = k_s k_f p_rel rgh, (26)

где k_s - коэффициент, определяемый по фор­муле

; (27)

k_f - коэффициент, принимаемый по табл.10;

p_rel - максимальное относительное волно­вое давление на откос в точке 2 (см. рис.11), принимаемое по табл. 11.

Рис.11. Эпюра максимального расчетного волнового давления на откос, укрепленный плитами

Таблица 10

Таблица 11

Ордината z₂, м, точки 2 приложения максималь­ного расчетного волнового давления p_d должна оп­ределяться по формуле:

, (28)

где А и В— величины, м, определяемые по форму­лам:

; (29)

(30)

Ордината z₃, м, соответствующая высоте нака­та волн на откос, должна определяться согласно п. 1.4*.

На участках крепления по откосу выше и ниже точки 2 (см. рис.11) следует принимать значения ординат эпюры волнового давления р, кПа, на рас­стояниях, м:

при l₁ = 0,0125L_j и l₃ = 0,0265L_j р = 0,4p_d;

при l₂ = 0,0325L_j и l₄ = 0,0675L_j р = 0,1p_d,

где . (31)

Ординаты эпюры волнового противодавления р_c, кПа, на плиты крепления откосов следует опре­делять по формуле:

p_c = k_s k_f p_c,rel rgh, (32)

где p_c,rel - относительное волновое противодав­ление,

.

Рис.12. Графики для определения относительного волнового противодавления

1.16. Нагрузку от волн на откос, укрепленный плитами, для сооружений I и II класса при высоте волн более 1,5 м обеспеченностью 1 % в системе до­пускается при надлежащем обосновании определять методами, в которых учитывается нерегулярность ветровых волн.

При наличии берм и переменных уклонов отдель­ных участков сооружений откосного профиля на­грузки от волн на крепления откосов необходимо определять по данным лабораторных исследований.

1.17*. При проектировании сооружений откосно­го профиля и креплений откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобе­тонных блоков массу отдельного элемента m или m_z, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять:

при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0,7h по формуле

; (33)*

то же, при z > 0,7h по формуле

; (34)

где k_fr - коэффициент, принимаемый по табл.12*; при > 15, а также при наличии бермы k_fr следует уточнять по опытным данным;

р_m - плотность камня, т/м³.

Таблица 12*