Строительство в сейсмических районах. Гидротехнические сооружения (2.06.11-04-сон)

21.12.2004

Нормативы

Государственного комитета Республики Узбекистан по архитектуре и строительству

Настоящие нормы устанавливают требования, предъявляемые к проектированию вновь строящихся, расширяемых и реконструируемых гидротехнических сооружений в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале РСТ Уз 836-97.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При расчетах гидротехнических сооружений на особое сочетание нагрузок должны рассматриваться два уровня сейсмических воздействий:

основное базисное землетрясение (ОБЗ);

максимальное проектное землетрясение (МПЗ).

В качестве ОБЗ принимается землетрясение повторяемостью не чаще одного раза за расчетный срок эксплуатации — 1 раз в 200 лет (обеспеченность 0,5%). Расчеты на сейсмическое воздействие, соответствующее интенсивности ОБЗ, должны производиться для всех гидротехнических сооружений, оснований и береговых склонов в створе сооружения и в зоне водохранилища. Расчетный срок эксплуатации должен указываться в задании на проектирование. Для второстепенных сооружений III класса допускается производить расчет на ОБЗ повторяемостью 1 раз в 100 лет (обеспеченность 1%).

В качестве МПЗ принимается землетрясение повторяемостью 1 раз в 10000 лет (обеспеченность 0,01%). Расчеты на сейсмическое воздействие, соответствующее максимальной интенсивности землетрясений МПЗ должны производиться для водоподпорных сооружений 1 класса.

1.2. Исходная сейсмичность района строительства гидротехнических сооружений определяется в соответствии с обязательным приложением 1 и 2 КМК 2.01.03-96 «Строительство в сейсмических районах».

Исходную сейсмичность площадки строительства следует определять на основе детального сейсмического районирования (ДСР).

Расчетная сейсмичность площадки гидротехнических сооружений должна определяться инструментальными методами сейсмического микрорайонирования (СМР), выполняемыми специализированными научно-исследовательскими институтами или изыскательскими организациями сейсмологического профиля.

1.3. Для водоподпорных гидротехнических сооружений I класса материалы изысканий должны содержать:

характеристику геолого-тектонической обстановки и сейсмического режима района строительства в радиусе 100 — 200 км от площадки;

границы основных сейсмогенных зон и описание их сейсмологических характеристик (максимальные магнитуды, глубины очагов и эпицентральные расстояния, повторяемость землетрясений, сейсмичность площадки);

параметры расчетных сейсмических воздействий из всех выделенных зон с учетом геолого-тектонических особенностей района и инженерно-геологических условий площадки;

границы возможных зон возникновения остаточных деформаций в основании сооружения и оценку их значений;

наборы расчетных записей (акселерограмм, велосиграмм, сейсмограмм), моделирующих основные типы сейсмических воздействий на выбранной площадке;

оценку изменения параметров сейсмического режима под влиянием водохранилища в процессе его заполнения и эксплуатации;

оценку возможности обрушения в водохранилище больших масс горных пород и падения на сооружение неустойчивых скальных массивов под влиянием сейсмических воздействий.

1.4. Для безнапорных гидротехнических сооружений всех классов, водоподпорных гидротехнических сооружений II, III, IV классов, а также при обосновании (технико-экономический расчет — ТЭР и технико-экономическое обоснование — ТЭО) водоподпорных гидротехнических сооружений I класса, допускается производить оценку сейсмичности площадок строительства исходя из сейсмичности района в соответствии с обязательными приложениями 1 и 2 КМК 2.01.03-96 «Строительство в сейсмических районах» и результатов инженерно-геологических изысканий в соответствии с табл. 1.

Примечания:

1. Указанные в обязательном приложении 1 КМК 2.01.03-96 интенсивность и повторяемость сейсмических воздействий относятся к участкам со средними по сейсмическим свойствам грунтами (II категория согласно табл.1).

2. Приведенные в табл. 1 значения коэффициента пористости е и показателя консистенции IL грунтов площадки строительства должны определяться с учетом возможного их обводнения при заполнении водохранилища.

3. В случае неоднородного состава грунтов площадка строительства относится к более неблагоприятной категории, если в пределах 10-метрового слоя грунта (считая от подошвы основания сооружения) слой грунта этой категории имеет суммарную толщину более 5 м.

4. При наличии в грунтовой толще лессовидных просадочных грунтов расчетная сейсмичность определяется по результатам искусственного улучшения основания после проведения мероприятий по ликвидации просадочности.

5. В случае необходимости строительства на песчаных, глинистых, песчаных и пылевато-глинистых насыпных грунтах при глубине грунтовых вод менее 5 м для уточнения категории грунтов по сейсмическим свойствам следует проводить детальные инженерно-геологические или инженерно-геофизические исследования.

1.5. В районах сейсмичностью 6 баллов сейсмичность площадок строительства гидротехнических сооружений, возводимых на грунтах III категории, следует принимать равной 7 баллам.

1.6. В районах сейсмичностью 9 баллов строительство гидротехнических сооружений на грунтах III категории допускается только при специальном обосновании; строительство водоподпорных гидротехнических сооружений I и II классов на грунтах III категории не допускается.

1.7. Водоподпорные гидротехнические сооружения, возводимые в сейсмических районах, следует по возможности располагать на участках, удаленных от тектонических разломов. Основные сооружения гидроузлов следует размещать на скальном массиве, в пределах которого возможность возникновения подвижек исключена. Особое внимание следует обращать на тщательность выполнения мероприятий по укреплению грунта и улучшению контакта сооружений с основанием. В необходимых случаях для проверки возможности возникновения относительных подвижек скальных блоков, образующих основание проектируемого сооружения, проводятся специальные длительные инструментальные (геодезические и др.) наблюдения.

При наличии в основании гидротехнических сооружений слоя слабых грунтов (илов, мягкопластичных глин и др.) следует удалять эти грунты или предусматривать специальные меры по их уплотнению или закреплению. Возможность использования таких грунтов в качестве оснований гидротехнических сооружений без указанных выше мероприятий должна обосновываться специальными исследованиями.

1.8. Расчеты всех гидротехнических сооружений, оснований и береговых склонов как в створе сооружения, так и в зоне водохранилища должны производиться на статические нагрузки, определяемые по линейно-спектральной теории (ЛСТ) при воздействиях, задаваемых условными ускорениями основания А (выраженными в долях g — ускорения свободного падения). Расчеты должны производиться в соответствии с требованиями глав КМК по проектированию гидротехнических сооружений отдельных видов. В расчетах должны учитываться сейсмические нагрузки от массы сооружения, присоединенной массы воды (или гидродинамического давления), от волн в водохранилище, вызванных землетрясением, и от динамического давления грунта.

1.9. Для водоподпорных гидротехнических сооружений I класса, при их расположении в районах сейсмичностью J³7 баллов, также следует производить расчеты на сейсмические воздействия, задаваемые акселерограммами (велосиграммами, сейсмограммами) землетрясений. В этом случае проектирующей организацией разрабатываются специальные технические условия, в которых:

определяются схема задания сейсмического воздействия, соотношения между ускорениями в различных направлениях, изменения амплитуд по периметру каньона, сдвиг по времени вступления воздействия в различных точках основания сооружения;

устанавливаются основные положения расчетных или экспериментальных исследований;

определяются состав и методика проведения экспериментальных полевых и лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов оснований и строительных материалов сооружений в рамках принятых моделей;

формулируются критерии, позволяющие определить предельную несущую способность сооружения и дать оценку его сейсмостойкости.

В расчетах сейсмостойкости гидротехнических сооружений с использованием инструментальных записей ускорений основания или синтезированных акселерограмм, максимальные амплитуды ускорений основания следует принимать не менее 120, 240 или 480 см/с2 при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно. При расчете следует учитывать возможность развития неупругих деформаций конструкций.

Для водоподпорных гидротехнических сооружений I класса наряду с расчетом на сейсмические воздействия следует проводить экспериментальные, в том числе модельные, исследования; целесообразно проведение натурных исследований на частично построенных и действующих сооружениях для уточнения динамических характеристик сооружений и применяемых методов их расчета.

1.10. Деформационные и прочностные характеристики материалов гидротехнических сооружений следует определять экспериментально с учетом особенностей сейсмического воздействия. Допускается деформационные характеристики принимать осредненными по всему сечению или объему сооружения, а при расчете сооружения по п. 1.7 — использовать статические прочностные характеристики. Используемые в расчетах по п. 1.8 характеристики динамических деформационных и прочностных свойств грунтов оснований и материалов гидротехнических сооружений должны определяться экспериментально.

1.11. Расчетные схемы водоподпорных гидротехнических сооружений выбираются согласно требованиям соответствующих глав КМК в зависимости от типа и конструктивных особенностей сооружений, топографических условий створов, геологического строения и свойств грунтов основания, направления сейсмического воздействия и других факторов.

1.12. Скальные массивы, образующие береговые склоны, смещение и падение которых при землетрясении может вызвать повреждение основных сооружений гидроузла или образование волны перелива, необходимо проверять на устойчивость. Устойчивость скальных массивов проверяется по наступлению предельных состояний первой группы с учетом сейсмических инерционных нагрузок. В случае проверки устойчивости отдельного скального массива на сейсмическое воздействие, задаваемое акселерограммой землетрясения, разрешается допускать его остаточные смещения на величину, обеспечивающую устойчивость проверяемого массива при действии повторного землетрясения интенсивностью на 1 балл меньше расчетного.

1.13. Для сооружений I-II классов обязательно включение в состав проекта раздела по организации инструментальных наблюдений за поведением сооружений, их оснований и береговых склонов при динамических воздействиях (землетрясения, взрывы и др.) в соответствии с требованиями обязательного приложения 1.

1.14. Проектирование зданий, крановых эстакад, опор линий электропередач и других объектов, входящих в состав гидроузлов, следует производить в соответствии с указаниями разделов 1—3 КМК 2.01.03-96 «Строительство в сейсмических районах». В случае размещения этих объектов на основных гидротехнических сооружениях или в контакте с ними в расчетах должно учитываться сейсмическое воздействие, заданное ускорением, передаваемым со стороны основного сооружения.

1.15. Проектирование трубопроводов следует производить в соответствии с указаниями раздела 4 КМК 2.01.03-96 «Строительство в сейсмических районах».

2. ПЛОТИНЫ ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Общие положения

2.1. Требования настоящего раздела необходимо учитывать при проектировании водоподпорных сооружений из грунтовых материалов (плотин, перемычек, ограждающих дамб), далее называемых «грунтовые плотины», а также для расчетного обоснования устойчивости нескальных береговых склонов водохранилищ.

2.2. Для грунтовых плотин при воздействии ОБЗ допускается образование остаточных деформаций и повреждений (осадок, смещений, трещин и др.), не приводящих к опасным последствиям и при условии, что они могут быть устранены ремонтом сооружения после землетрясения. Следует учитывать необходимость сохранения (без ремонта) сооружений напорного фронта при повторном воздействии землетрясений интенсивностью, меньшей расчетной на 1 балл.

При воздействии МПЗ предельные необратимые деформации должны назначаться на основе специального обоснования с учетом природных условий площадки строительства, особенностей конструкции и условий эксплуатации сооружения;

2.3. При расчетах сейсмостойкости грунтовых плотин всех классов на предварительных стадиях проектирования (ТЭР, ТЭО) должна использоваться одномерная расчетная схема консольного стержня, переменного (треугольного или трапециевидного) сечения, испытывающего при горизонтальных колебаниях основания только деформации сдвига (метод «сдвигового клина» МСК). В простых случаях проектирования грунтовых плотин III-IV классов (например, в случае отсутствия явлений разжижения водонасыщенных грунтов основания и сооружения) эта схема также используется на стадиях проекта и рабочей документации.

2.4. Расчеты сейсмостойкости грунтовых плотин I и II классов в районах сейсмичностью J³7 баллов должны выполняться по условиям плоской (по деформациям) или пространственной задач динамики сплошных сред без учета или с учетом податливости основания, взаимодействия с жидкостью, заполняющей водохранилище, и других факторов.

Размещение и конструктивные мероприятия

2.5. При наличии в основании или в теле грунтовых плотин водонасыщенных несвязных или малосвязных грунтов следует производить оценку их минимально допускаемой плотности по условию динамической устойчивости структуры, а также возможного снижения сопротивления сдвигу вследствие разжижения этих грунтов при сейсмических воздействиях.

В случае возможности разжижения этих грунтов при сейсмических воздействиях необходимо предусматривать их искусственное уплотнение или укрепление, выполняемое на основе экспериментальных исследований.

2.6. В качестве водоупорных элементов грунтовых плотин следует как правило применять пластичные или полужесткие ядра. При этом особое внимание следует уделять обеспечению надежности сопряжения противофильтрационных элементов с основанием и береговыми склонами.

2.7. Улучшение контакта водоупорных элементов грунтовых плотин с бортами каньона осуществляется путем уменьшения их крутизны, выравнивания склонов (особенно на участках резкого изменения их заложения) с помощью специальной подготовки поверхности скалы (удаления слоя выветрелого грунта, выравнивания, расчистки и заполнения трещин и др.). Для обеспечения лучшей связи противофильтрационного устройства со скалой рекомендуется укладка пластичной глины с влажностью на 2-3 % выше оптимальной в контактной зоне ядра с основанием. Сопряжение ядра или экрана с основанием следует по возможности выполнять с помощью бетонного зуба. Также целесообразно устройство цементационной галереи.

2.8. Верховые водонасыщенные призмы грунтовых плотин, за исключением плотин с верховыми экранами на напорной грани, следует проектировать из крупнозернистых грунтовых материалов (каменная наброска, гравелистые и галечниковые грунты и др.), не способных к разжижению при сейсмических воздействиях. При отсутствии таких материалов в тело верховой призмы целесообразно введение горизонтальных слоев из крупнообломочных сильнодренирующих материалов.

2.9. Для повышения устойчивости откосов следует предусматривать максимальное уплотнение наружных призм, особенно в зоне, расположенной близко к гребню плотины, а также крепление откосов каменной наброской или железобетонными плитами.

2.10. К мероприятиям для повышения сейсмостойкости грунтовых плотин также относятся:

переменные по высоте сооружения заложения откосов, обладающих на разных уровнях примерно одинаковой устойчивостью против сдвига;

придание криволинейного в плане выпуклостью в сторону ВБ очертания (арочности) оси плотин;

увеличение толщины ядра в примыканиях к бортам каньона;

уширение берм плотин (особенно на верховом откосе), а также уширение гребня плотин;

армирование грунтов различными материалами (например, металлической сеткой) для плотин малой и средней высоты;

устройство в пригребневой части верховой упорной призмы высоких плотин горизонтальных антисейсмических поясов из железобетонных элементов, гибко соединенных между собой стальной арматурой;

устройство у верховой грани плотин зон из грунтобетона.

Сейсмические нагрузки и воздействия

2.11. В расчетах сейсмостойкости грунтовых плотин должны учитываться следующие сейсмические нагрузки и воздействия:

сейсмические инерционные нагрузки от веса сооружения;

давление от присоединенной массы воды (или гидродинамическое давление);

динамическое давление наносов.

При назначении превышения гребня плотины над расчетным уровнем воды в верхнем бьефе учитывается высота гравитационной волны, возникающей в водохранилище от сейсмического воздействия.

2.12. В расчетах прочности грунтовых плотин по одномерной и двухмерной схемам следует учитывать горизонтальные сейсмические воздействия (по направлению вдоль и поперек оси сооружения). В расчетах по пространственной схеме целесообразно учитывать также наклонные сейсмические воздействия, имеющие те же направления в плане и угол наклона к горизонтальной плоскости 30°.

Действие сейсмических нагрузок в поперечном и при необходимости в продольном направлениях учитывается раздельно.

2.13. В расчетах устойчивости грунтовых плотин следует учитывать наиболее опасное горизонтальное (по направлению вдоль или поперек оси сооружения) или наклонное, направленное под углом 30° к горизонтальной плоскости, сейсмическое воздействие; в расчетах по пространственной схеме целесообразно учитывать три составляющие сейсмические воздействия. При этом значение модуля вектора сейсмического ускорения основания принимается равным А.

2.14. Расчетная сейсмическая инерционная нагрузка от веса плотины Sik в выбранном направлении, приложенная к точке k, и соответствующая i-му тону собственных колебаний, определяется по формуле:

где K1 — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения, для грунтовых плотин принимаемый равным 0,25.

K2—коэффициент, учитывающий конструктивные решения, принимаемый для грунтовых плотин при их высоте до 60 м — 0,8; свыше 100 м — 1; в интервале между этими значениями высот — по линейной интерполяции.

Soik — значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования по формуле:

где Qk — вес элемента сооружения, отнесенный к точке k, при этом необходимо учитывать присоединенную массу воды в соответствии с указаниями п. 2.24; 2.25.

А — коэффициент, значения которого следует принимать равными 0,12; 0,24; 0,48 соответственно, для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов.

bi — коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний сооружений.

Коэффициенты динамичности bi принимаются по графикам на рис. 1 или по формулам для следующих категорий грунтов по сейсмическим свойствам в зависимости от периодов собственных колебаний Тi сооружений по i-му тону:

I категория bi=1/Тi, но не более 3, а при Тi£0,15с — по формуле

II категория bi=1,1/Тi, но не более 2,7, а при Тi£0,15с — по формуле

III категория bi=1,5/Тi, но не более 2, а при Тi0,2 по формуле

Во всех случаях произведения Kybi принимаются не менее 0,8.

Ky — коэффициент, зависящий от вида материалов, конструкции сооружений и интенсивности сейсмического воздействия, принимается для грунтовых плотин при сейсмичности площадок 7 и 8 баллов равным 0,70, при сейсмичности площадок 9 баллов — равным 0,65.

— коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону и от места расположения нагрузки, определяется по формуле:

где uikj — проекции перемещений точек k по трем (j=1, 2, 3) взаимно ортогональным направлениям;

— косинусы углов между направлениями вектора сейсмического воздействия и перемещений uikj.

Рис. 1. 1, 2, 3 — спектральные графики коэффициента динамичности bi, (Ti;) для грунтов соответственно I, II, III категорий по сейсмическим свойствам

2.15. В расчетах по одномерной схеме в случае наклонного сейсмического воздействия величину A при определении горизонтальной составляющей сейсмической нагрузки в формуле (2) следует умножать на 0,87, а при определении вертикальной составляющей — на 0,5 и принимать значение βiηik = 1.

2.16. При расчетах устойчивости по одномерной схеме расчетная горизонтальная сейсмическая нагрузка от веса плотины в рассматриваемом сечении определяется по формуле:

где Si — расчетная нагрузка в том же сечении для i-того тона колебаний, определяемая по формуле:

В расчетах сейсмических нагрузок Sрk или ускорений арk = Sрk /Qk, выраженных в долях g, по одномерной схеме при ограниченном числе учитываемых форм собственных колебаний (ФСК) следует использовать формулу

которая дает уточнение инерционной нагрузки в зоне контакта плотины с основанием.

2.17. При расчетах сейсмических нагрузок от веса плотины для проверки устойчивости откосов по двухмерным и трехмерным схемам следует использовать расчетные ускорения арk в точках k сооружения, определяемые по формуле:

(10)

Сейсмические ускорения умножаются на веса выделенных отсеков оползающей части откоса, а полученные в результате этого сейсмические воздействия считаются приложенными в центрах тяжести соответствующих отсеков и в расчетах устойчивости откосов учитываются как квазистатические силы.

2.18. В расчетах устойчивости откосов сооружения с захватом части нескального основания, инерционные нагрузки на сдвигаемую часть следует определять при ускорениях основания, равных АК1.

2.19. При расчете грунтовых плотин по одномерной схеме следует учитывать не менее трех форм собственных колебаний, а при расчете по двухмерной схеме — не менее 15 форм.

2.20. Для определения сейсмических нагрузок при обосновании строительства (технико-экономический расчет — ТЭР и технико-экономическое обоснование — ТЭО) грунтовых плотин I и II классов и при проектировании грунтовых плотин III и IV классов допускается учет только низшего то на колебаний и приближенной формы деформации сооружений, отвечающей этому тону.

2.21. Расчеты периодов (частот) и форм собственных колебаний(ФСК) грунтовых плотин по одномерной схеме следует производить в соответствии с требованиями обязательного приложения 2.

Для грунтовых плотин I и II классов определение периодов (частот) и коэффициентов форм собственных колебаний следует производить путем расчета по двухмерным и трехмерным (при LГР/НПЛ < 4) расчетным схемам, позволяющим учитывать:

реальную геометрию плотин и оснований;

наличие различных элементов (ядра, верховой—обводненной—и низовой — необводненной—упорных призм, каменного крепления откосов и др.;

зависимость динамических характеристик грунтов от статических напряжений и амплитуд динамических деформаций;

податливость основания;

взаимодействие с жидкостью, заполняющей водохранилище;

другие факторы.

2.22. В том случае, когда деформируемости грунтов основания и тела плотины соизмеримы, необходимо включать эту часть основания в расчетную область плотины.

2.23. Вес погруженного в воду элемента Qk сооружения следует определять без учета взвешивающего действия воды. Вес воды в порах и полостях этого элемента следует учитывать в качестве дополнительного веса. При учете инерционного влияния воды к величине Qk следует прибавлять вес присоединенной массы воды, равный твg,

где mв—присоединенная масса воды, определяемая в соответствии с указаниями п. 2.24;

g — ускорение силы тяжести.

Вес элемента разбивки плотины, находящегося ниже уровня воды, подсчитывается как насыщенный водой.

2.24. При горизонтальном направлении сейсмического воздействия присоединенная масса воды mв, приходящаяся на единицу площади поверхности откоса, определяется по формуле:

где ρв — плотность воды;

h — глубина воды у рассматриваемой точки сооружения на откосе;

μ — безразмерный коэффициент присоединенной массы воды, определяемый по формуле:

R — коэффициент, зависящий от отношения заглубления рассматриваемой точки (h) на напорной грани под уровень к глубине воды в водохранилище (Н), начало координаты h — на отметке верхнего бьефа;

q — угол наклона напорной грани;

ψ — безразмерный коэффициент, учитывающий ограниченность длины водохранилища, ψ=1.

2.25. Определение суммарной сейсмической нагрузки от массы сооружения и присоединенной массы воды производится на основе следующих положений.

Формы собственных колебаний конструкции сооружений с учетом и без учета влияния водной среды считаются идентичными.

Период собственных колебаний конструкции с учетом влияния водной среды в случае равномерно распределенного (по высоте, срединной поверхности и т. п.) веса сооружения определяется по формуле:

где Ti — период собственных колебаний конструкции без учета влияния водной среды;

т —вес сооружения (на единицу длины, площади, объема);

mbi = gвhmiy — равномерно распределенная, эквивалентная по инерционному влиянию присоединенная масса воды при колебаниях по i-му тону.

Значения безразмерного коэффициента m присоединенного веса воды приводятся в п. 2.24.

Суммарная сейсмическая нагрузка (от веса сооружения и присоединенной массы воды) определяется по формуле:

где Qk, A, К1, K2, Ky имеют тот же смысл, что и в формулах (1) и (2), коэффициент bi принимается по графикам на рис. 1 или по формулам (3)—(5) в зависимости от величины периодов Ti*, определяемых с учетом присоединенной массы воды.

Коэффициент формы с учетом влияния водной среды определяется по формуле:

где Qk — вес элемента сооружения, отнесенный к точке k;

gвhmy — присоединенная масса воды.

2.26. Учитываемая при назначении превышения гребня плотины над расчетным уровнем воды, высота ∆h, м, гравитационной волны, возникающей от сейсмического воздействия в водохранилище глубиною h £ 100 м, при отсутствии в его пределах зон тектонических нарушений, определяется по формуле:

где g — ускорение свободного падения;

Т0 — преобладающий период сейсмических колебаний ложа водохранилища, определяемый по данным инженерно-сейсмологических исследований, а при их отсутствии принимаемый равным Т0=0,5с.

В случаях возможности возникновения в водохранилище глубиною h>100 м сейсмотектонических деформаций (подвижек и смещений) дна по существующим разломам при землетрясениях интенсивностью J=6-9 баллов, высоту ∆h, м, гравитационной волны следует определять по формуле:

2.27. При расчете грунтовых плотин с учетом сейсмического воздействия, направленного вдоль напорного фронта сооружения, влияние водной среды допускается не учитывать.

3. ПЛОТИНЫ БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

Общие положения

3.1. Требования настоящего раздела необходимо учитывать при проектировании бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений: плотин гравитационных, контрфорсных и арочных, а также подпорных стен, водоприемников, отстойников, водосбросов, водовыпусков, водоспусков и других аналогичных сооружений с учетом индивидуальных специфических особенностей последних.

3.2. Для бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений предельные состояния устанавливаются согласно указаниям глав КМК по проектированию гидротехнических сооружений соответствующих видов.

3.3. Для расчета сейсмостойкости гравитационных плотин всех классов высотой до 60 м, разрезанных неомоноличенными поперечными швами, а также контрфорсных плотин на горизонтальное сейсмическое воздействие в направлении поперек оси сооружения должна применяться одномерная расчетная схема (упругий стержень-консоль на упругом основании). Расчет следует выполнять для отдельной секции или части плотины толщиной 1 м вдоль оси сооружения. Указанная расчетная схема также используется для приближенной оценки прочности гравитационных плотин с омоноличенными и штраблеными поперечными швами (без учета пространственной работы сооружения) при горизонтальном сейсмическом воздействии поперек оси плотины.

Для плотин I и II классов выше 60 м указанная расчетная схема должна использоваться только при обосновании (ТЭР и ТЭО).

При значениях отношения модуля упругости бетона к модулю деформации основания 5—10 и более, вместо схемы упругой консоли, используется схема жесткого тела, колеблющегося на упругом основании.

3.4. Для гравитационных плотин I и II классов высотой более 60м при определении напряженно-деформированного состояния (НДС) необходимо использовать двухмерную схему — плоское упругое тело на упругом основании. Эта схема также используется в тех же случаях, что и схема стержня-консоли для расчета плотин любых классов.

3.5. Для расчета сейсмостойкости гравитационных плотин с омоноличенными или штраблеными поперечными швами должна применяться схема — трехмерное упругое тело на упругом основании.

3.6. Для расчета контрфорсных плотин на сейсмические воздействия вдоль оси сооружения используется схема — плита, опирающаяся на упругое основание. В этом случае секция контрфорсной плотины рассматривается как плита переменной толщины (различной для оголовка и стенки контрфорса), опирающаяся на упругое основание и на соседние контрфорсы.

Эта схема также используется для расчета сейсмостойкости гравитационных плотин с прямолинейной осью, имеющих омоноличенные или штрабленые поперечные шву, на сейсмическое воздействие поперек оси сооружения.

3.7. Для расчета сейсмостойкости арочных плотин должна применяться схема — оболочка, опирающаяся на упругое основание.

3.8. Для расчета сейсмостойкости сооружений башенного типа при достаточности учета только деформаций поперечного изгиба следует использовать стержневую консольную расчетную схему.

3.9. При расчете бетонных и железобетонных плотин на статические нагрузки с использованием статических прочностных характеристик значение коэффициента условий работы следует принимать равным 1,2.

Размещение сооружений и конструктивные мероприятия

3.10. При размещении бетонных и железобетонных плотин I и II классов на участках, в пределах которых противоположные береговые склоны сложены породами, резко различающимися по механическим свойствам, должно производиться специальное обоснование.

3.11. При выборе схемы разрезки бетонных плотин следует учитывать наличие ослабленных зон в основании плотины или в береговых склонах, предусматривая конструкции, допускающие относительное смещение частей сооружений без нарушений водонепроницаемости напорного фронта.

3.12. К мероприятиям для повышения сейсмостойкости бетонных плотин относятся:

уменьшение объема бетона в пригребневой части сооружения за счет применения конструкции облегченных оголовков, устройства контрфорсов или использования рамной конструкции, поддерживающей проезжую часть дороги на гребне;

устройство пустот в пригребневой зоне арочных плотин;

устройство поперечных распорных балок между контрфорсами для повышения жесткости контрфорсов и снижения в них динамических напряжений;

устройство в верхней части арочных плотин горизонтального антисейсмического пояса из арматуры;

оптимизация профиля плотин с использованием математических методов;

устройство со стороны верхнего и нижнего бьефов специальных вертикальных швов-надрезов, заполняемых пластичным материалом (например, битумными матами);

устройство периметрального шва по контуру арочной плотины;

армирование контактной зоны плотин на слабых основаниях;

зонирование по прочности бетона в теле плотины с учетом распределения в ней динамических напряжений.

3.13. Причальные сооружения следует, как правило, возводить в виде конструкций, не подверженных одностороннему давлению грунта. При невозможности выполнения этого условия следует применять заанкеренные стальные шпунтовые стенки при нескальных основаниях и стенки из массивов-гигантов при скальных основаниях. При сейсмичности 7 и 8 баллов также применяются сборные конструкции из кладки обыкновенных массивов с выполнением специальных конструктивных мероприятий по усилению монолитности сооружений.

Для засыпок за стенки следует применять песок и гравий с возможно большими углами внутреннего трения; каменные призмы целесообразнее возводить из рваного камня. Засыпка за стенку должна производиться послойно с уплотнением каждого отсыпаемого слоя.

3.14. Высота подпорных стен, считая от подошвы фундаментов, должна быть не более:

Подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции с учетом размещения подошвы каждой секции на однородных грунтах. Длина секции должна быть не более 15м.

При расположении оснований смежных секций подпорной стены в разных уровнях переход от одной отметки основания к другой должен производиться уступами с отношением высоты уступа к его длине 1:2.

Применение подпорных стен в виде обратных сводов не допускается.

3.15. При проектировании сооружений башенного типа с учетом сейсмических воздействий рекомендуется:

принимать конструкции уравнительных башен, при которых преобладающая масса от собственного веса сооружения и воды не будет сосредоточена в одном уровне. В этих целях следует отдавать предпочтение железобетонным башням, проектируемым в виде оболочек стаканного типа, усиливаемых вертикальными ребрами жесткости;

особое внимание обращать на необходимость обеспечения монолитности бетона в швах перерыва бетонирования ствола башни;

назначать такой минимальный шаг между стержнями поперечной (кольцевой) арматуры, при котором будет исключена возможность выпучивания продольных стержней при знакопеременных изгибных деформациях башни.

Сейсмические нагрузки и воздействия

3.16. В расчетах сейсмостойкости бетонных и железобетонных плотин должны учитываться следующие сейсмические нагрузки и воздействия:

сейсмические инерционные нагрузки от веса сооружения;

гидродинамическое давление от присоединенной массы воды;

динамическое давление наносов.

При назначении превышения гребня плотины над расчетным уровнем воды учитывается высота гравитационной волны, возникающей в водохранилище от сейсмического воздействия.

3.17. В расчетах устойчивости против опрокидывания или против сдвига, а также в расчетах горизонтальных и наклонных консольных конструкций необходимо учитывать вертикальную сейсмическую нагрузку.

3.18. В расчетах прочности бетонных гравитационных плотин, имеющих простую конструкцию и отличающихся повышенной жесткостью в вертикальном направлении, по одномерной (консольной) и по двухмерным схемам учитываются только горизонтальные сейсмические воздействия по направлению вдоль и поперек оси сооружения.

3.19. Отдельные опоры и другие подобные сооружения должны рассчитываться с учетом сейсмических воздействий в вертикальных плоскостях наименьшей и наибольшей жесткости.

3.20. В расчетах устойчивости бетонных гравитационных и арочных плотин учитываются горизонтальные и вертикальные составляющие сейсмических нагрузок наряду с другими видами нагрузок, входящих в особое сочетание.

В расчетах устойчивости арочных плотин определяются также силы, передаваемые сооружением на скальное основание и используемые для расчетов устойчивости береговых упоров.

3.21. В расчетах устойчивости сооружений инерционные нагрузки на сдвигаемую часть нескального основания следует определять при ускорениях перемещения основания, равных АК1.

3.22. При расчете бетонных и железобетонных плотин по одномерной схеме следует учитывать не менее трех форм собственных колебаний, а при расчете по двухмерной схеме — не менее 10 форм.

3.23. При определении сейсмической инерционной нагрузки, действующей на сооружения башенного типа, необходимо учитывать не менее трех первых форм собственных колебаний. Кроме того, следует учитывать упругую податливость основания, в частности поворот фундамента башенного сооружения на основании, если даже оно будет представлять скальный грунт.

3.24. Сейсмические нагрузки на жесткие массивные сооружения типа оградительных портовых сооружений, бетонных водосливных плотин на нескальных основаниях следует определять как для твердого тела на упругом основании.

3.25. Расчетная сейсмическая инерционная нагрузка от веса плотины Sik в выбранном направлении, приложенная к точке k, и соответствующая i-му тону собственных колебаний, определяется по формулам (1) и (2):

где K1 — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения, для бетонных и железобетонных плотин принимаемый равным 0,25.

K2—коэффициент, учитывающий конструктивные решения, принимаемый для бетонных и железобетонных плотин при их высоте до 60 м — 0,8; свыше 100 м — 1; в интервале между этими значениями высот — по линейной интерполяции.

где Qk — вес элемента сооружения, отнесенный к точке k, при этом необходимо учитывать присоединенную массу воды в соответствии с указаниями п. 3.22.

А — коэффициент, значения которого следует принимать равными 0,12; 0,24; 0,48 соответственно, для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов.

bi — коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний сооружений.

Коэффициенты динамичности bi определяются по формулам (3), (4), (5). Во всех случаях произведения Kybi принимаются не менее 0,8.

Ky — коэффициент, зависящий от вида материалов, конструкции сооружений и интенсивности сейсмического воздействия, принимается для бетонных и железобетонных плотин при сейсмичности площадок 7—8 баллов равным 1, при сейсмичности площадок 9 баллов — равным 0,8.

— коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону и от места расположения нагрузки, определяется по формуле (6):

где uikj — проекции перемещений точек k по трем (j=1, 2, 3) взаимно ортогональным направлениям;

— косинусы углов между направлениями вектора сейсмического воздействия и перемещений uikj.

3.26. При горизонтальном направлении сейсмического воздействия присоединенная масса воды mв, приходящаяся на единицу площади поверхности откоса, определяется по формуле (11):

где ρв — плотность воды;

h — глубина воды у сооружения;

μ — безразмерный коэффициент присоединенной массы воды, определяемый по табл. 2 и табл. 3. Для случаев, не предусмотренных табл. 2 и табл. 3, присоединенная масса воды определяется специальными расчетами.

Примечания:

I. Коэффициенты R, G, m1, С1, С2, С3 — принимаются по табл. 13; z — ордината точки напорной грани, для которой вычисляется величина присоединенной массы воды (начало координат принимается на уровне водной поверхности); zc — ордината центра вращения, определяемая из расчета сооружения без учета влияния водной среды; q — угол наклона напорной грани к горизонтали; d1 — диаметр поперечного сечения, м; d2 — сторона квадрата поперечного сечения, м; а — отношение ускорения гребня, определяемого из расчета плотины без учета влияния водной среды, к величине АК1.

2. В случае, когда угол наклона напорной грани q > 75°, значения безразмерных коэффициентов принимаются как для вертикальной напорной грани.

3. Значение безразмерного коэффициента m1 для ключевого сечения симметричных арочных плотин принимается по табл. 4. Для остальных сечений арочной плотины значения этого коэффициента увеличиваются линейно до 1,3 m1 в пятах.

Примечание. mI и mII — присоединенные массы воды, соответствующие I и II формам собственных колебаний;

a — угол наклона напорной грани к вертикали.

Примечание. b — ширина ущелья на уровне водной поверхности

ψ — безразмерный коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый для l/h ³ 3 равным 1, а для 1/h 3 по табл. 5;

l — расстояние между сооружением и противоположным ему берегом водоема (для шлюзов и аналогичных сооружений — между их противоположными стенками) на глубине 2/3 А от свободной поверхности воды.

Таблица 5 Отношение l/h 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,5 3 Безразмерный коэффициент y 0,26 0,41 0,53 0,63 0,72 0,78 0,83 0,88 0,9 0,93 0,96 1

3.27. На предварительных стадиях проектирования с использованием табл. 2 и 3 для бетонных и железобетонных плотин на нескальном основании следует учитывать колебания вращения и сдвига, как жесткого тела, на скальном основании — деформации изгиба и сдвига. В качестве расчетных следует принимать колебания, приводящие к получению максимального значения присоединенной массы воды.

3.28. Для отдельно стоящих сооружений типа водозаборных башен, опор мостов и свай присоединенная масса воды, приходящаяся на единицу длины конструкции, определяется по формуле:

где d — диаметр круглого или размер стороны квадратного поперечного сечения сооружения;

μ — безразмерный коэффициент, принимаемый по табл. 2.

Погонная масса воды mв при поперечных колебаниях свай принимается равной массе воды в объеме, эквивалентном объему единицы длины свай.

3.29. В расчетах прочности и устойчивости безнапорных сооружений учитывается гидродинамическое давление воды, определяемое формулами:

а) для жестких массивных оградительных и причальных портовых гидротехнических сооружений

б) для отдельно стоящих сооружений, перечисленных в п. 3.24

где p — координаты эпюры гидродинамического давления, отнесенного к единице площади поверхности сооружения;

р0 — то же, отнесенного к единице высоты отдельно стоящего сооружения;

P—суммарное гидродинамическое давление на единицу длины сооружения;

P0—то же на отдельно стоящее сооружение; h0 — глубина погружения точки приложения равнодействующей гидродинамического давления;

D, Ω, χ — безразмерные коэффициенты, определяемые по табл. 2 и 3.

gв=rвg — объемный вес воды;

g — ускорение силы тяжести.

3.30. Если вода находится с двух сторон сооружения, ее присоединенную массу следует принимать равной сумме присоединенных масс воды, определяемых для каждой из сторон сооружения.

3.31. При расчете гидротехнических сооружений на вертикальную составляющую сейсмического воздействия следует учитывать сейсмическое давление воды pдоп (ординаты давления) на наклонные грани сооружений, определяемое по формуле

где z—расстояние от рассматриваемого сечения до водной поверхности;

q—угол наклона напорной грани к вертикали.

3.32. Определение суммарной сейсмической нагрузки от массы сооружения и присоединенной массы воды производится в соответствии с требованиями п.2.25.

3.33. Учитываемая при назначении превышения гребня плотин над расчетным уровнем воды, высота ∆h, м, гравитационной волны, возникающей от сейсмического воздействия в водохранилище, определяется в соответствии с требованиями п. 2.26.

3.34. При расчете бетонных и железобетонных плотин с учетом сейсмического воздействия, направленного вдоль напорного фронта сооружения, влияние водной среды допускается не учитывать.

3.35. Активное qс и реактивное (пассивное) q*с давление несвязного грунта на бетонные и железобетонные плотины, подпорные стены, подземные части гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия определяются в соответствии с требованиями обязательного приложения 4.

4. ПОДЗЕМНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Общие положения

4.1. Требования настоящего раздела необходимо учитывать при проектировании гидротехнических туннелей, подземных водоводов (трубопроводов) и подземных сооружений камерного типа (зданий ГЭС и ГАЭС, насосных станций, зданий затворов и других аналогичных сооружений).

Положения настоящего раздела допускается использовать при соответствующем обосновании для проектирования гидротехнических шахтных сооружений, водопропускных труб (галерей) под насыпями и негидротехнических подземных сооружений, входящих в комплекс сооружений гидроузла (грузовые, коммуникационные, аэрационные и другие эксплуатационные выработки, необходимые для нормального функционирования основных подземных гидротехнических сооружений).

4.2. Исходная сейсмичность района строительства подземного сооружения определяется согласно требованиям раздела 1. При назначении сейсмичности площадки (участка) расположения подземных гидротехнических сооружений, следует учитывать степень заглубления сооружения под поверхность земли.

4.3. При проектировании напорных туннелей III и IV классов, разрушение которых не приводит к катастрофическим последствиям, и безнапорных туннелей всех классов оценка сейсмичности участков туннелей производится с учетом инженерно-геологических условий согласно табл. 6 и п. 1.4, п. 1.5.

4.4. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается рассматривать вариант снижения сейсмичности на отдельных участках подземных гидротехнических сооружений за счет технологических мероприятий по укреплению вмещающего грунта (железобетонными анкерами, цементацией и др.).

4.5. Для стационарных наблюдений за сейсмическими колебаниями в сооружениях I и II классов необходимо предусматривать размещение контрольно-измерительной аппаратуры в местах с различным заглублением сооружения под поверхность земли.

Размещение сооружений и конструктивные мероприятия

4.6. При выборе трассы подземных гидротехнических сооружений в сейсмических районах следует по возможности:

избегать зоны тектонических нарушений, сильной трещиноватости и места резкого изменения физико-механических свойств грунтов;

отдавать предпочтение вариантам трассы, которые проходят в более крепких и однородных грунтах по сейсмической жесткости (произведение скоростей распространения сейсмических волн в грунте на плотность последнего) и менее резким изменением рельефа над туннелем, особенно при его мелком заложении;

избегать оползневые участки.

4.7. При прочих равных условиях следует отдавать предпочтение вариантам с более глубоким заложением подземных гидротехнических сооружений.

4.8. Пересечение туннелем действующих тектонических дислокаций следует осуществлять в крест их простиранию под возможно большим углом с применением соответствующих конструктивных решений.

4.9. Для оперативного проведения осмотра и ремонта туннеля после землетрясения, необходимо рассматривать целесообразность оставления въезда в него из вспомогательного туннеля, пройденного на период строительства, с устройством в месте примыкания вспомогательного туннеля бетонной пробки с герметичными стальными воротами.

4.10. Порталы туннелей необходимо располагать таким образом, чтобы естественное равновесие склонов рельефа было нарушено минимально. При необходимости лобовую портальную стенку следует прианкеривать к грунтовому массиву, а склон над порталами укреплять, например, анкерами с набрызг-бетоном или анкерами с сеткой.

Порталы необходимо располагать в плоскости, перпендикулярной к склону, а конструкция порталов по возможности не должна выступать за пределы склона. При сейсмичности района 8, 9 баллов конструкцию порталов и припортальных участков туннелей на глубине заложения менее 50 м необходимо предусматривать железобетонной.

Неустойчивые массивы грунта, нависающие над портами необходимо удалять или прикреплять к устойчивой части склона.

4.11. Откосы припортальных выемок, имеющих крутизну более чем у естественных склонов, необходимо закреплять.

Припортальные подпорные и лобовые портальные стены необходимо предусматривать железобетонными.

4.12. Подпорные припортальные стенки туннелей разделяют сквозными вертикальными швами на секции шириной 15 м при сейсмичности 7 баллов и 10 м — при сейсмичности 8 и 9 баллов. При этом подошва каждой секции должна опираться на однородный по степени сжимаемости грунт.

4.13. В районах с сейсмичностью 8 баллов обделка туннелей на участках, заложенных на глубине до 15 м (а при сейсмичности 9 баллов на участках, имеющих глубину заложения менее 50 м), должна предусматриваться из железобетона.

4.14. На участках резкого изменения рельефа земной поверхности над туннелем (при необходимости прокладки трасы в этих условиях) обделка проектируется железобетонной с конструктивным продольным и поперечным армированием.

4.15. Обделки туннелей, строящихся в районах с расчетной сейсмичностью более 7 баллов, как правило следует проектировать замкнутыми, имеющими обтекаемые формы, либо с тонкой выравнивающей обделкой, прианкеренной к вмещающему грунтовому массиву.

4.16. Для предотвращения возможности обрушения части обделки (которое выявлено в расчете) необходимо предусматривать анкерование этой части обделки к грунтовому массиву (анкерная крепь в сочетании со стальной сеткой) или усиленное местное армирование обделки.

4.17. На участках пересечения туннелем активных тектонических разломов следует применять «гибкие» в продольном направлении конструкции обделок, способных за счет поперечных (кольцевых) деформационных швов перемещаться с грунтовым массивом без нарушения своей несущей способности. Расстояния между швами необходимо устанавливать на основании расчетов или исследований напряженно-деформированного состояния грунтового массива и обделки туннеля.

4.18. Для компенсации продольных перемещений обделки по длине туннеля необходимо рассматривать целесообразность устройства деформационных швов. Расстояния между швами и размеры швов следует определять расчетом.

Места сопряжения туннелей с другими подземными и наземными сооружениями выполняются железобетонными с устройством деформационного шва.

4.19. В местах контакта грунтов с существенно разной сейсмической жесткость и тектоническими нарушениями необходимо предусматривать дополнительные деформационные швы.

Сейсмические нагрузки и воздействия на подземные сооружения

4.20. В расчетах обделок подземных гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия допускается возникновение остаточных деформаций (трещин, сколов, смещений), не приводящих к обрушению частей обделки.

4.21. Расчет производится на сейсмическое воздействие, направленное перпендикулярно продольной оси сооружения.

4.22. В расчетах подземных сооружений необходимо учитывать следующие нагрузки и воздействия:

а) инерционные:

от веса обделки;

от горного давления;

от веса воды, заполняющей туннель при работе в безнапорном режиме;

от обрушения склонов и откосов у припортальных выемок;

б) неинерционные:

сейсмическое горное давление, вызванное изменением напряженного состояния грунтового массива при прохождении в нем сейсмических волн;

сейсмическое давление воды в напорных туннелях;

в) другие воздействия:

тектоническое воздействие с возможным смещением участков туннеля в местах пересечения им швов и зон влияния разломов;

при расположении туннеля в водонасыщенных несвязных грунтах возможное их разжижение с соответствующим увеличением нагрузки.

4.23. Ввиду того, что инерционные нагрузки по времени действия не совпадают с неинерционными, они входят в особое сочетания нагрузок раздельно.

4.24. Сейсмическая нагрузка от веса обделки Sk определяется по формуле:

где А — коэффициент, значения которого следует принимать равным 0,12; 0,24; 0,48 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов;

K1 — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения гидротехнических сооружений, равный 0,25;

Qk — вес элемента обделки в точке i;

Kh — коэффициент, зависящий от глубины заложения h сооружения. При глубине заложения до 100 м значение Kh изменяется линейно от 1 до 0,5, а при глубине заложения болеем100 м значение Kh следует принимать равным 0,5.

4.25. Инерционная нагрузка от горного давления определяется по формулам:

вертикальная составляющая

горизонтальная составляющая

где qв и qг — расчетные значения соответственно вертикального и горизонтального горного давления, определяемые согласно КМК 2.06.02-98 «Туннели гидротехнические» и ВСН 34-72-019-89/Минэнерго СССР «Проектирование обделок подземных машинных залов ГЭС, ГАЭС и других камерных выработок в гидротехническом строительстве».

При одновременном учете вертикальной и горизонтальной сейсмических сил значения qв и qг умножаются соответственно на sin a и cos a, где — a угол между вектором сейсмического воздействия и горизонталью, принимаемой по данным инженерно-сейсмических исследований, а при отсутствии таких данных — не более 300.

4.26. Сейсмическую нагрузку на грунтовые массивы, образующие береговые склоны и откосы предпортальных выемок туннелей следует определять по формуле (24) при Kh=1.

4.27. Сейсмическое инерционное давление воды, заполняющей туннель без напора, определяется по формуле:

где gв — объемный вес воды;

hв — глубина воды;

D,y — безразмерные коэффициенты, принимаемые соответственно по табл. 7 и 8;

b — ширина туннеля в свету на уровне водной поверхности;

z — расстояние от рассматриваемого сечения до поверхности воды;

2R — диаметр туннеля в свету.

4.28. Неинерционное сейсмическое горное давление. При прохождении сейсмической волны растяжения-сжатия (продольной волны) в однородном скальном массиве вдали от сооружения возникают нормальные напряжения:

по площадкам, перпендикулярным направлению волны

по площадкам, параллельным направлению волны

(27)

где s и t — соответственно нормальные и касательные динамические напряжения, в грунтовой среде;

γ — удельный вес грунта;

Vp и Vs —скорости распространения в грунте продольных и поперечных волн;

То — преобладающий период скорости сейсмических колебаний грунта;

l — коэффициент бокового давления;

n — коэффициент поперечной деформации грунта в массиве.

4.29. Значения Vp, Vs, Т0, n следует определять по данным инженерно-сейсмологических изысканий. При отсутствии этих данных допускается принимать Т0=0,5с, скорости Vp, Vs — по табл.9, n — по табл.10, где IL — показатель текучести.

Примечание. Меньшие значения ν принимаются при большей плотности грунта

4.30. Напряжения, полученные по п.4.28 прикладываются как статические нагрузки, действующие на скальный массив с отверстием, подкрепленным обделкой. Нагрузки прикладываются вдали от обделки и выполняется статический расчет одним из методов, изложенных в документах:

Руководство по проектированию гидротехнических туннелей, Гидропроект Минэнерго СССР, М., 1982 г.;

Пособие П17-85/ВНИИГ. Учет сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений, Л., 1986 г.

Если при расчете некруговых обделок направление сейсмической волны неизвестно, то расчеты следует выполнять при различных направлениях и для каждого сечения следует учитывать направление, дающее наибольшее напряжение.

4.31. Сейсмическое давление воды в напорных водоводах (гидродинамическое давление) следует определять по формуле:

где gв — объемный вес воды;

Св — скорость распространения звука в воде, равная 1400 м/с.

4.32. При расчете на прочность элементов конструкций подземных сооружений кроме коэффициента условий работы m, ввиду кратковременности действия сейсмической нагрузки, учитывается дополнительный коэффициент условий работы, равный mкр=1,2 для бетонных и железобетонных конструкций и mкр =1,4 — для стальных конструкций.

4.33. Расчет на сейсмические воздействия строительных конструкций подземных зданий ГЭС следует производить в соответствии со следующими требованиями:

расчетная сейсмичность подземного здания ГЭС назначается как для обычных наземных сооружений;

проверку прочности обделки горной выработки здания ГЭС выполняют с учетом возможности воздействия на вертикальные грани обделки сейсмического горного давления, оцениваемого по методике, приведенной выше для подземных сооружений, вписывая при этом фактическое очертание горной выработки в круговое.

5. КАНАЛЫ

5.1. Для каналов допускаются образовавшиеся при землетрясении остаточные деформации и повреждения (осадки, смещения, трещины и др.), не приводящие к опасным последствиям и при условии, что они могут быть устранены ремонтом сооружения после землетрясения.

5.2. Для повышения сейсмостойкости каналов следует применять наиболее надежные покрытия откосов гибкой конструкции: покрытия из сборных бетонных и железобетонных плит с шарнирными связями, покрытия из асфальтобетона, асфальтовые маты и т. п.

5.3. Расчет каналов производится на сейсмическое воздействие, действующее в горизонтальной плоскости в боковом направлении поперек трассы канала. В том случае, если трасса канала приходит по косогору, действия сейсмической нагрузки прикладывается наклонно вдоль направления косогора под углом к горизонтальной плоскости, равным углу наклона косогора к горизонтальной плоскости.

5.4. В расчетах сейсмостойкости каналов необходимо учитывать следующие нагрузки и воздействия:

сейсмические инерционные нагрузки от веса сооружения;

гидродинамическое давление от присоединенной массы воды.

5.5. Определение сейсмических инерционных нагрузок от веса сооружения и от присоединенной массы воды следует производить как для грунтовых плотин (раздел 2). При определении присоединенной массы воды, значение безразмерного коэффициента Ψ, учитывающего ограниченность ширины канала l по отношению к глубине воды h определяется по табл. 11:

5.6. При расчете канала, проходящего полностью в высокой насыпи, когда высота насыпи не менее чем в 5 раз превосходит глубину канала, насыпь в её поперечном профиле следует рассматривать как земляную плотину без учета наличия живого сечения канала в верхней части насыпи.

5.7. При расчете канала, проходящего полностью в низкой насыпи, когда высота насыпи не более чем в 2 раза превосходит глубину канала, каждую ограждающую дамбу следует рассматривать как самостоятельную плотину.

5.8. При расчете канала, проходящего в полувыемке-полунасыпи, каждую ограждающую дамбу насыпи следует рассматривать как самостоятельную плотину, а в пределах выемки канала следует определять интенсивность сейсмической инерционной нагрузки, отнесённой к единичному объему грунта выемки, вес грунта при этом следует учитывать как насыщенный водой.

5.9. Проверку устойчивости откосов каналов следует производить по методике расчета грунтовых плотин (п.2.17).

5.10. Конструкцию и толщину крепления откосов каналов необходимо устанавливать по методике расчетов грунтовых плотин.

5.11. Каналы-лотки, состоящие из железобетонных лотков небольшого сечения на опорах, следует рассчитывать из условия недопущения в лотках трещинообразования по линейной теории сейсмостойкости.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Обязательное.

Организация и проведение инструментальных наблюдений за поведением гидротехнических сооружений, оснований и береговых склонов при землетрясениях

1. Для подпорных гидротехнических сооружений I-II классов, размещаемых в районах сейсмичностью J³7 баллов, должны предусматриваться организация и проведение инструментальных инженерно-сейсмометрических наблюдений (ИСН) при землетрясениях широкого динамического диапазона, с обязательным включением в состав проекта раздела по организации инструментальных наблюдений за поведением сооружений, оснований и каньонов.

Проект организации инструментальных инженерно-сейсмометрических наблюдений должен входить составной частью в общий проект организации натурных наблюдений с обеспечением полной увязки схем размещения всех установленных приборов.

2. Основными задачами инструментальных инженерно-сейсмометрических наблюдений являются:

накопление фактического материала о поведении сооружений, оснований и элементов каньонов при землетрясениях различного характера и интенсивности;

уточнение исходных данных и проверка существующих методов расчета и расчетных схем на сейсмические воздействия;

контроль состояния сооружений для принятия необходимых мер по ликвидации последствий землетрясений и обеспечения сохранности сооружений.

3. Проектами должно предусматриваться размещение сейсмоприемников для регистрации ускорений, скоростей и перемещений в характерных измерительных точках.

Измерительные точки должны оснащаться комплектом сейсмоприемников для трехкомпонентной регистрации ускорений, скоростей и смещений.

Схема размещения измерительного комплекса и методы натурных наблюдений за поведением сооружений в динамическом режиме, определяются специализированными проектными или исследовательскими организациями.

4. Подготовка и осуществление инженерно-сейсмометрических наблюдений должны состоять из четырех этапов:

а) составление проекта инженерно — сейсмометрических службы (ИСС);

б) комплектование ИСС стандартной сейсмометрической аппаратурой, разработка конструкций и изготовление нестандартной сейсмометрической аппаратуры;

в) установка сейсмометрической аппаратуры в сооружениях и организация наблюдений;

г) обработка данных натурных наблюдений, составление выводов, заключений и рекомендаций.

5. Проект ИСС должен включать:

а) общий план инструментальных наблюдений за поведением плотины, основания и бортов каньона при землетрясениях, составленный на периоды предпостроечных исследований, строительства, эксплуатации и увязанный с проектом натурных наблюдений в статическом режиме;

б) схему размещения и конструкции устанавливаемых измерительных точек, составленные на основании результатов расчетов и экспериментальных натурных или модельных исследований;

в) полные перечни всего основного и вспомогательного оборудования и приборов;

г) строительную часть, включающую рабочие чертежи размещения и крепления приборов, вспомогательного оборудования и кабельных линий, а также чертежи всех основных и вспомогательных помещений;

д) сметы на:

оборудование;

строительные и монтажные работы;

предэксплуатационный период;

эксплуатационный период.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Обязательное.

Расчеты частот и форм собственных колебаний плотин из грунтовых материалов по одномерной схеме

1. При расчете протяженных плотин (длина по гребню L в 4 раза и более превышает высоту Н), из однородных грунтов с постоянными значениями Vs, расположенных на жестком основании (модуль сдвига грунтов основания G0 в 10 и более раз превышает модуль сдвига G материала сооружения), периоды Ti собственных колебаний определяются по формуле:

где ki — коэффициенты для i-х тонов собственных колебаний плотины;

Vs —скорости распространения поперечных волн в материале сооружения, определяемые экспериментально или принимаемые по аналогам и литературным данным (рис.3);

Значения ki — коэффициентов первых четырех тонов собственных колебаний принимаются по табл. 1.

Для первых четырех тонов значения Ti определяются по графикам (рис.1), построенным с помощью формулы (1).

2. Коэффициенты ηik форм собственных колебаний грунтовых плотин на жестком основании вычисляются по формуле:

где I0 и I1 — функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядка.

Значения коэффициентов ηik (x) для первых четырех тонов собственных колебаний, вычисленные с помощью формулы (2), приведены в табл. 2.

Рис. 1. Графики зависимости периодов Тi, с, собственных колебаний грунтовых плотин от Н/Vs

*) х/Н — относительная координата сечений плотины, отсчитываемая от гребня.

3. В расчетах грунтовых плотин на нескальном основании при определении частот и форм собственных колебаний следует учитывать податливость основания.

При этом в формуле (1) значения коэффициентов ki первых трех тонов собственных колебаний принимаются по таблице 3 в зависимости от значения коэффициента k0, зависящего от соотношения модулей упругости грунтов тела плотины и основания, а также от коэффициентов Пуассона μ0 и Фогта К, учитывающих размеры площадки контакта плотины с основанием.

Значения коэффициента k0 определяются по формуле:

где Е, Е0, μ0 —динамические модули упругости плотины и основания и коэффициент Пуассона основания, определяемые экспериментально;

kП —коэффициент податливости основания при равномерно распределенных сдвигающих нагрузках, приложенных по контактной поверхности плотины (по Фогту), определяемый в зависимости от коэффициента Пуассона μ0 основания, а также от соотношения сторон прямоугольной площади с размерами А — вдоль плотины (или поперек течения реки) и В — поперек плотины (или вдоль течения реки), равной площади поверхности контакта плотины с основанием.

Значения коэффициента kП для коэффициентов Пуассона μ0 от 0,2 до 0,3 приведены в таблице 4.

4. В расчетах грунтовых плотин на нескальных основаниях допускается учитывать три тона их собственных колебаний. Коэффициенты ηik формы для этих трех тонов, определяемые с учетом податливости основания при разных k0, принимаются по табл. 5 и рис. 2.

Рис. 2. Коэффициенты ηik ФСК при расчетах грунтовых плотин по МСК с учетом податливости основания а) k0=0,5;б) k0=1,0; в) k0=2,0

5. При расчетах грунтовых плотин, производящихся в предположении, что плотность ρ (или удельный вес γ) и динамические характеристики Vs (или G) грунта являются постоянными по всему расчетному сечению плотины, допускается осреднять указанные характеристики по рассматриваемым сечениям проектируемых сооружений.

6. При наличии экспериментальных данных о фактическом распределении динамических характеристик Vs (или G) в расчетном сечении плотины приближенное определение осредненной скорости распространения поперечных волн Vs в этом сечении производится по формуле:

где Fi — площади i-х участков расчетного сечения плотины со скоростью распространения поперечных волн Vsi.

7. На предварительных стадиях проектирования при отсутствии экспериментальных данных о значениях скоростей распространения поперечных волн VS в грунтах проектируемого сооружения допускается выбор средней скорости VS ср в расчетном сечении производить в зависимости от высоты Н сооружения и вида грунта, используемого для его возведения, по графикам, приведенным на рис. 3. Значение VS принимается средневзвешенным для всех грунтов тела плотины с учетом объема каждого из грунтов.

Рис. 3. Графики зависимости средней скорости распространения поперечных волн VS в грунтовых плотинах от их высоты Н, м

/ — глина; 2 — мелкозернистый песок; 3 — среднезернистый песок; 4 — крупнозернистый песок; 5—песчано-гравийная смесь; б—гравий; 7,8— каменная наброска

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Справочное.

Рекомендации по оценке устойчивости структуры водонасыщенных несвязных и малосвязных грунтов при сейсмических воздействиях

1. При наличии в основании или в теле сооружения водонасыщенных несвязных или малосвязных грунтов следует производить оценку устойчивости их структуры и разжижения при сейсмических воздействиях по методу критических параметров динамического воздействия, согласно которому эти явления не возникают, если выполняются условия

где и — максимальные динамические напряжения и относительные деформации грунта в основании и сооружении от воздействия сейсмических инерционных нагрузок, найденных по ЛСТ и учитываемых в .расчетах сейсмического НДС в виде обычных статических сил;

и —критические динамические напряжения и деформации, определяемые из опытов и принимаемые равными таким их значениям, превышение которых приводит к возможности возникновения необратимых деформаций изменения объема (уплотнения) и явлений разжижения исследуемых грунтов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Обязательное.

Расчет активного и реактивного давления несвязного грунта на бетонные и железобетонные плотины, подпорные стены и подземные части гидротехнических сооружений

1. Активное qс и реактивное (пассивное) q*с давление несвязного грунта на подпорные стены, плотины, подземные части других гидротехнических сооружений с учетом сейсмического воздействия определяются по формулам:

(1)

Где

(2)

Здесь qс и q*с — активное и пассивное давление грунта, под которыми подразумеваются силы, приходящиеся на единицу поверхности грани стены и отклоняющиеся от нее на угол δ, причем угол δ не обязательно является углом трения грунта по стене — на этой поверхности грунт может находиться и в допредельном состоянии. При определении активного давления грунта qс угол отклонения δ от нормали к тыловой грани стены рекомендуется принимать:

δ =0,5j при e ³ 0;

δ =0 при e ³ 0,5j.

При определении пассивного давления q*с рекомендуется принимать δ =0.

Через γс обозначена равнодействующая сил удельного веса грунта γ и объемной (приходящейся на единицу объема) сейсмической силы АK1γ.

При наклонном сейсмическом воздействии, направленном под углом ψ к горизонту

(3)

При наклонном сейсмическом воздействии принимается ψ = 30°.

При горизонтальном направлении сейсмического воздействия (ψ = 0)

(4)

Остальные обозначения, принятые в формуле (1):

Н — глубина расположения рассматриваемой точки грани стены под поверхностью грунта;

e — угол наклона тыловой грани подпорной стены к вертикали, принимаемый со знаком «плюс» при ее наклоне от грунта;

φ — угол внутреннего трения грунта;

a — угол наклона поверхности засыпки грунта за стену к горизонтали, принимаемый со знаком «плюс» при отклонении поверхности вверх;

q=arctg AK1 — угол отклонения от вертикали равнодействующей γс удельного веса грунта γ и объемной (приходящейся на единицу объема) сейсмической силы γ AK1.

Положительные направления отсчета углов и действия сил на призмы обрушения и выпора показаны на рис. 1.

При определений активного qс и пассивного q*с давления водонасыщенного грунта на подпорные стены в формулы для равнодействующей объемных сил следует вводить удельный вес взвешенного грунта γвзв и объемную сейсмическую силу, определяемую по удельному весу γнас водонасыщенного грунта:

(5)

Давление насыщающей грунт воды на стену при сейсмическом воздействии следует определять так же, как в статическом расчете; его изменение учитывается путем введения удельного веса насыщенного грунта в расчет давления грунта на стену с учетом сейсмического воздействия.

В случае расположения поверхности грунта под водой при определении его активного qc и пассивного q*c давлений на подпорные стены следует учитывать гидродинамическое давление воды р на поверхность грунта, величина которого принимается равной гидродинамическому давлению на стену на этой же глубине, определяемому согласно п.3.25.

Гидродинамическое давление р>0 при определении активного давления и р при определении пассивного давления грунта. В этом случае формулы (1) неприменимы, поскольку объемные силы γс и поверхностные силы р непараллельны, ввиду чего необходимо применение более общих формул для определения давления грунта на подпорные стены.

При малых углах a (менее 10°), а следовательно при малых q и р/γсН, допускается давления qс и q*с определять по формулам (1), приближенно добавляя в них к значению γсН (но не к значению γвзв, которая не параллельна γс) давление р (с учетом его знака). Поскольку пассивное давление q*с в верхних слоях грунта, где γсН р, по расчету получается отрицательным, оно не может восприниматься несвязным грунтом. В этой зоне следует принимать q*с == 0, а уменьшение давления насыщающей грунт воды учитывать независимо от сейсмического давления грунта (например, принимать его убывающим от р у поверхности до 0 на глубине Н==р/γс).

Рис. 1.Схема для определения активного qc и пассивного q*c давлений грунта на подпорную стену при сейсмическом воздействии