ОСНОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

 

 

Дата введения - 2006.06.01

 

Область применения

 

Настоящие нормы распространяются на про­ектирование оснований гидротехнических соору­жений: речных, морских и мелиоративных.

При проектировании оснований гидротехни­ческих сооружений, предназначенных для строи­тельства в сейсмических районах, в условиях рас­пространения просадочных, пучинистых, набухаю­щих, биогенных, засоленных грунтов и карста, сле­дует соблюдать также нормы и правила, преду­смотренные соответствующими нормативными до­кументами, утвержденными или согласованными Комитетом по делам строительства МИТ РК.

Настоящие нормы не распространяются на про­ектирование подземных гидротехнических сооружений и водохозяйственных сооружений на мелиоративных каналах с расходами воды менее 5 м³/с, а также при глубинах воды менее 1 м.

 

П р и м е ч а н и е - Под основанием следует понимать область грунтового массива (в том числе бере­говые примыкания, откосы и склоны), которая взаимо­действует с сооружением и в которой, в результате возве­дения и эксплуатации соружения, изменяются напряженно-деформированное состояние и фильтрационный режим.

 

1 Общие положения

 

1.1 Основания гидротехнических сооружений следует проектировать на основе и с учетом:

- результатов инженерно-геологических изы­сканий и исследований, содержащих данные о структуре, физико-механических и фильтрационных характеристиках отдельных зон массива грунта, уровнях воды в грунте, областях ее питания и дре­нирования;

- данных о сейсмической активности района возведения сооружения;

- опыта возведения гидротехнических соору­жений в аналогичных инженерно-геологических условиях;

- данных, характеризующих возводимое гидро­техническое сооружение (типа, конструкции, размеров, порядка возведения, действующих нагрузок, воздей­ствий, условий эксплуатации и т.д.);

- местных условий строительства;

- технико-экономического сравнения вариантов проектных решений и принятия оптимального вариан­та, обеспечивающего рациональное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания и материала возводимого сооружения.

1.2 При проектировании оснований гидротех­нических сооружений должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность и эконо­мичность сооружений на всех стадиях строитель­ства и эксплуатации. Для этого при проектировании следует выполнять:

Издание официальное

- оценку инженерно-геологических условий строительной площадки и прогноз их изменения;

- расчет несущей способности основания и устойчивости сооружения;

- расчет местной прочности основания;

- расчет устойчивости естественных и искусст­венных склонов и откосов, примыкающих к соору­жению;

- расчет деформационной системы «соору­жение - основание» в результате действия собст­венного веса сооружения, давления воды, грунта, и т.п. и изменения физико-механических (дефор­мационных, прочностных и фильтрационных) свойств грунтов в процессе строительства и эк­сплуатации сооружения, в том числе с учетом их промерзания и оттаивания;

- определение напряжений в основании и на контакте сооружения с основанием и их изменений во времени;

- расчет противофильтрационной прочности основания, противодавления воды на сооружение, определение фильтрационного расхода, а при не­обходимости учета сил, возникающих при раз­личных режимах фильтрации и изменении состояния основания;

- разработку инженерных мероприятий, обе­спечивающих несущую способность оснований и устойчивость сооружения, требуемую долговеч­ность сооружения и его основания, а при необхо­димости – уменьшение перемещений, улучшение напряженно-деформированного состояния системы «сооружение – основание», снижение противо­давления и фильтрационного расхода.

1.3 По материалам инженерно-геологических изысканий и исследований должны быть установле­ны: происхождение грунтов основания, их струк­тура, физико-механические и фильтрационные свойства, гидрогеологическая обстановка и т.п. На основе этих данных должны составляться инженерно-геологиче­ские и расчетные схемы (модели) основания.

 

П р и м е ч а н и е - Если между временем завершения изысканий и началом строительства перерыв составил более пяти лет, следует прово­дить дополнительные инженерно-геологические изыскания и исследования.

 

1.4 Нагрузки и воздействия на основание должны определяться расчетом, исходя из сов­местной работы сооружения и основания (в соот­ветствии с требованиями СНиП 2.06.01-86).

При расчетах основания коэффициенты на­дежности по степени ответственности γ_n принимаются такими же, как для возводимого на нем сооружения.

1.5 Расчеты оснований гидротехнических сооружений следует производить по двум группам предельных состояний.

Расчеты по первой группе должны выпол­няться с коэффициентом доверительной вероят­ности α=0.95 с целью недопущения следующих предельных состояний:

- потери основанием несущей способности, а сооружением – устойчивости;

- нарушений общей фильтрационной проч­ности нескальных оснований, а также местной фильтрационной прочности скальных и нескальных оснований в тех случаях, когда они могут привести к появлению сосредоточенных токов фильтра­ционных струй, локальным разрушениям основания и другим последствиям, исключающим воз­можность дальнейшей эксплуатации сооружения;

- нарушений противофильтрационных уст­ройств в основании или их недостаточно эффек­тив­ной работы, вызывающих недопустимые потери воды из водохранилищ и каналов или подтопление и забо­лачивание территорий, обводнение склонов и т.д.;

- неравномерных перемещений различных участков основания, вызывающих разрушения отдельных частей сооружений, недопустимые по условиям их дальнейшей эксплуатации (нарушение ядер, экранов и других противофильтрационных элементов земляных плотин и дамб, недопустимое раскрытие трещин бетонных сооружений, выход из строя уплотнений швов и т.п.).

По предельным состояниям первой группы следует также выполнять расчеты прочности и устой­чивости отдельных элементов сооружений, а также расчеты перемещений конструкций, от которых зави­сит прочность или устойчивость сооружения в целом или его основных элементов (например, анкерных опор шпунтовых подпорных стен).

Расчеты по второй группе должны выпол­няться с коэффициентом доверительной вероят­ности α=0,85 с целью недопущения следующих предельных состояний:

- нарушение местной прочности отдельных частей основания, затрудняющих нормальную экс­плуатацию сооружения (повышение противодав­ления, увеличения фильтрационного расхода, пере­мещений и наклона сооружений и др.);

- потери устойчивости склонов и откосов, вызывающих частичный завал канала или русла, входных отверстий водоприемников и другие последствия;

- проявлений ползучести и трещинообразо­вания грунта.

 

П р и м е ч а н и е - Если потеря устойчивости склонов может привести сооружение в состояние, непригодное к эксплуатации, расчеты устойчивости таких склонов следует производить по предельным состояниям первой группы.

 

1.6 При проектировании оснований сооруже­ний I-III классов необходимо предусматривать уста­новку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за со­стоянием сооружений и их оснований как в про­цессе строительства, так и в период их эксплуа­тации для оценки надежности системы «соору­жение – основание», своевременного выявления дефектов, предотвращения аварий, улучшения условий эксплуатации, а также для оценки пра­вильности принятых методов расчета и проектных решений. Для сооружений IV класса и их оснований следует предусматривать визуальные наблюдения.

 

П р и м е ч а н и я

1 Для портовых сооружений III класса при обос­новании установку КИА допускается не предусматривать.

2 Установка КИА на сооружениях IV класса и их основаниях допускается при обосновании в сложных инженерно-геологических условиях и при использовании новых конструкций сооружений.

1.7 Состав и объем натурных наблюдений должны назначаться в зависимости от класса сооружений, их конструктивных особенностей и новизны проектных решений, геологических, гидро­геологических, геокриологических, сейсмиче­ских условий, способа возведения и требований экс­плуатации. Наблюдениями следует определять:

- осадки, крены и горизонтальные смещения сооружения и его основания;

- температуру грунта в основании;

- пьезометрические напоры воды в основа­нии сооружения;

- расходы воды, фильтрующейся через осно­вание сооружения;

- химический состав, температуру и мутность профильтровавшейся воды в дренажах, а также в коллекторах;

- эффективность работы дренажных и противо­фильтрационных устройств;

- напряжения и деформации в основании сооружения;

- пóровое давление в основании сооружения;

- сейсмические воздействия на основание;

- для сооружений IV класса инструментальные наблюдения, если они предусмотрены проек­том, до­пускается ограничить наблюдениями за фильтрацией в основании, осадками и смещениями сооружения и его основания. При этом необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, регламен­тирующими технологию проведения этих работ.

1.8 При проектировании оснований гидротех­нических сооружений должны быть предусмотрены инженерные мероприятия по защите прилегающих территорий от затопления и подтопления, от загряз­нения подземных вод промышленными стоками, по предотвращению или защите от воздействия физико-геологических процессов (оползней, обвалов и осыпей, размывания, заболачи­вания и т.п.).

 

2 Номенклатура грунтов

оснований и их физико-

механические характеристики

 

2.1 Номенклатуру грунтов оснований гидро­технических сооружений и их физико-механические характеристики следует устанавливать согласно требованиям ГОСТ 25100, СНиП РК 5.01-01-2002 и с учетом указаний настоящего раздела.

Значения физико-механических характеристик грунтов, приведенные в ГОСТ 25100 в табл. 1 и в приложении 1, следует рассматривать как класси­фикационные. На основе их сравнения с норма­тивными значениями характеристик по предвари­тельным (начальным) результатам испытаний сле­дует устанавливать принад­лежность грунта к тому или иному классу и подгруппе. По этим данным следует производить оценку общих инженерно-гео­логических условий строительства и устанавливать состав и методы определения характеристик и расчетов оснований. При этом для сильнодеформи­руемых [при Е < 1×10³ МПа (10×10³ кг/см²)], легко­выветриваемых, сильнотрещиноватых, размокаю­щих и набухающих под воздействием воды полу­скальных грунтов следует применять состав и методы определения их физико-механических характеристик и расчетов, соответствующие как скальным, так и нескальным грунтам.

Т а б л и ц а 1

 

 

2.2 Инженерно-геологические условия строи­тельства должны конкретизироваться и детализи­роваться путем построения инженерно-геологи­че­ских и геомеханических (расчетных или физиче­ских) моделей (схем) основания с установлением для различных зон нормативных и расчетных ха­рактеристик физико-механических свойств грунтов.

2.3 Для проектирования оснований гидротехни­ческих сооружений в необходимых случаях, обуслов­ленных техническими характеристиками сооружений, наряду с характеристиками грунтов, предусмотрен­ными действующими нормативными документами, надлежит определять дополнительно следующие фи­зико-механические характеристики грунтов:

- коэффициент фильтрации k (Кф/Kf/kf- для объектов, проектируемых в странах СНГ или дальнего зарубежья.);

- удельное водопоглощение - q;

- показатели фильтрационной прочности грунтов (местный и осредненный критические гра­диенты напора I_cr и I_cr,m и критические скорости фильтрации v_cr);

- коэффициент уплотнения - а;

- содержание водорастворимых солей;

- параметры ползучести δ_crp и δ_1,crp;

- параметры трещин (модуль трещиновато­сти М_j, углы падения α_j,d и простирания α_j,l длину l_j, ширину раскрытия b_j);

- параметры заполнения трещин (степень заполнения, состав, характеристики свойств);

- скорости распространения продольных v_l и поперечных v_s волн в массиве;

- коэффициент морозного пучения                - К_h;

- удельную нормальную и касательную силы пучения            - σ_h и τ_h;

- предел прочности отдельности (элементар­ного породного блока) скального грунта на одно­осное сжатие - R_c;

- предел прочности отдельности скального грунта на одноосное растяжение - R_t;

- предел прочности массива скального грунта на смятие - R_cs,m;

- то же, на одноосное сжатие - R_c,m;

- то же, на одноосное растяжение - R_t,m;

- коэффициент упругой водоотдачи грунта - μ₁;

- коэффициент гравитационной водоотдачи грунта - μ.

При необходимости должны определяться и другие характеристики грунтов.

Физико-механические характеристики грунта должны определяться для инженерно-геологи­че­ских элементов основания, которыми могут быть выделенные (при составлении инженерно-геоло­гических моделей, при разработке расчетных схем или геомеханических моделей), квазиоднородные области основания или некоторые квазиоднород­ные элементы этих областей (например, выделен­ные области массива скального грунта или отдель­ности скального грунта, его трещины, контактные поверхности с другими областями основания или сооружения).

Однородность условий определения физико-механических характеристик должна оцениваться на основе анализа инженерно-геологических дан­ных и на основе статистической проверки.

Нормативные и расчетные значения  tgj, c, R_c, R_t, R_c,m, R_t,m, R_cs,m, E (модуля деформации), ν (коэффициента поперечной деформации), а, δ_crp, δ_1,crp, υ_l, υ_s, k, q, I_cr,m, I_cr, υ_cr, μ₁, μ должны уста­навливаться в соответствии с требованиями на­стоя­щих норм, а остальных характеристик - в соот­ветствии с требованиями СНиП РК 5.01- 01-2002 и государственных стандартов на определение соот­ветствующих характеристик.

2.4 Физико-механические характеристики грун­тов необходимо определять с целью использования их значений при классификации грунтов основания, при определении с помощью функциональных или корреляционных зависимостей одних показателей через другие и при решении регламентированных п.1.2 задач проектирования основания.

При классификации грунтов применяются нормативные значения характеристик, при решении задач проектирования – их расчетные значения.

2.5 Нормативные и расчетные значения ха­рактеристик грунтов следует определять в соот­ветствии с ГОСТ 20522. Нормативные значения характеристик X_n должны устанавливаться на основе результатов полевых и лабораторных исследований, проводимых в условиях, макси­мально приближенных к условиям работы грунта в рассматриваемой системе «сооружение – осно­вание». За нормативные значения всех характе­ристик следует принимать их средние статисти­ческие значения.

Расчетные значения характеристик грунтов Х должны определяться по формуле:

 

,                                             (1)

где  – коэффициент надежности по грунту.

 

П р и м е ч а н и я

1 В оговоренных ниже случаях расчетные зна­чения характеристик могут определяться по табличным или аналоговым данным.

2 Расчетные значения характеристик грунтов tgj, c, ρ, и R для расчетов по предельным состояниям первой группы обозначаются tgj₁, c_I, ρ_I, и R_I, второй группы tgj_II, c_II, ρ_II, и R_II.

 

Характеристики нескальных грунтов

 

2.6 Нормативные значения характеристик tgj_n и c_n следует определять по совокупности парных значе­ний нормальных и предельных касательных напря­жений, полученных методом среза (сдвига) или парных предельных значений максимальных и минимальных главных напря­жений, полученных методом трехосного сжатия.

Метод трехосного сжатия должен применяться для пылевато-глинистых грунтов с показателем теку­чести I_L > 0,5, в том числе для получения харак­теристик в нестабилизированном сос­тоянии (см. п. 3.13). При обосновании для определения характеристик в нестабилизированном состоянии допускается примене­ние метода быстрого среза (сдвига).

Для грунтов всех типов оснований речных гидротехнических сооружений I класса следует ис­пользовать метод трехосного сжатия. Метод среза для этих случаев допускается применять только при соответствующем обосновании.

Для грунтов всех типов оснований соору­жений I-III классов, дополнительно к испытаниям лабораторными методами, следует проводить ис­пытания в полевых условиях методом сдвига штам­пов (для бетонных и железобетонных сооружений), методом сдвига грунтовых целиков (для грунтовых сооружений), а также допускается проводить испы­тания методами зондирования и вращательного среза (для всех видов сооружений). Испытания всеми указанными методами и определение по их результатам нормативных значений характеристик tgj_n и c_n следует проводить для условий, соответ­ствующих всем расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

Нормативные значения характеристик tgj_n и c_n по результатам испытаний методами среза (сдви­га) и трехосного сжатия следует определять в соот­ветствии с приложением 2.

Нормативные значения характеристик tgj_n и c_n при применении методов вращательного среза или зондирования следует принимать равными средним арифметическим частных значений этих характеристик.

При получении методами среза (сдвига) нор­мативных значений характеристик грунтов ненару­шенной структуры tgj_n и c_n (для каждого фиксиро­ванного значения нормального напряжения должно быть не менее 6 значений предельных касательных напряжений) допускается определять нормативные значения методом, корреляционных зависимостей.

 Последние устанавливаются между каса­тельными напряжениями и физическими харак­теристиками с помощью статистической обработки результатов испытаний при фиксированных нор­мальных напряжениях.

Нормативные значения tgj_n и c_n n при использовании этого метода следует определять по зависимости между нормальными и предельными касательными напряжениями, отвечающими наи­менее благоприятным значениям физических ха­рактеристик грунтов в проведенных опытах.

2.7 Расчетные значения характеристик tgj₁ и c_I при использовании результатов испытаний, про­веденных любым из указанных в п. 2.6 методов (кроме метода корреляционных зависимостей, сле­дует вычислять по формуле (1), определяя коэф­фициент надежности по грунту γ_g в соответствии с обязательным приложением 2 при односторонней доверительной вероятности α= 0,95.

Если полученное таким образом значение γ_g будет более 1,25 (для илов – 1,4) или менее 1,05, то его необходимо принимать соответственно равным γ_g=1,25 (для илов 1,4) или γ_g=1,05.

Расчетные значения характеристик tgj_II и c_II следует принимать равными нормативным [т.е. в формуле (1) принимать γ_g=1].

Если нормативные значения характеристик tgj_n и c_n были определены по методу с исполь­зованием корреляционных зависимостей, то ра­счетные значения характеристик tgj₁  и c_I или tgj_II и c_II следует вычислять по формуле (1), полагая соответственно γ_g=1,25 (для илов 1,4) или γ_g=1. Полученные таким образом значения tgj₁ и c_I или tgj_II  и c_II принимаются окончательно за расчетные в том случае, если они в рассматриваемом диапазоне напряжений (или на его части) обес­печивают бóльшие значения расчетных предельных касательных напряжений, чем значения tgj₁ и c_I или tgj_II и c_II, полученные указанными ранее методами.

Для оснований портовых сооружений III и IV классов при обосновании значения tgj₁   и c_I допус­кается с использованием результатов испытаний аналогичных грунтов в зависимости от их мине­ралогического и зернового состава, коэффициента пористости и показателя текучести, применяя мето­дику, изложенную в приложении 2.

2.8 Нормативные значения модуля дефор­мации Е_n и коэффициента уплотнения a_n нескаль­ных грунтов следует определять по результатам компрессионных испытаний методом трехосного сжатия с учетом их напряженно-деформированного состояния. При использовании метода трехосного сжатия следует выполнять требования ГОСТ12248. При использовании метода компрессионных испы­таний следует выполнять указания п. 7.7. Значения Е_n и a_n должны определяться как средние ариф­метические частных значений этих характе­ристик, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зависи­мостям измеряемых и опытных величин.

Расчетные значения модуля деформации Е и коэффициента уплотнения а следует принимать равными нормативным.

Для оснований сооружений II-IV классов расчетные значения Е допускается принимать по таблицам, приведенным в СНиП РК 5.01-01-2002, с введением коэффициента m_c, принимаемого по приложению 3.

2.9 Нормативные значения коэффициентов поперечной деформации ν_n рекомендуется опреде­лять по результатам испытаний методом трехосного сжатия. Значения ν_n по результатам испытаний следует определять как средние ариф­метические частных значений этой характеристики, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зави­симостям измеряемых в опытах величин.

Расчетные значения коэффициента попереч­ной деформации ν следует принимать равными нормативным.

Расчетные значения коэффициента ν при обосновании допускается принимать по табл. 2.

 

Т а б л и ц а 2

 

 

2.10 Нормативные значения параметров ползучести δ_crр,n и δ_1,crр,n определяются как средние ариф­метические частных значений этих харак­теристик δ_crр,i и δ_1,crр,i полученных для расчетов осадок по результатам компрессионных испытаний и для расчетов горизонтальных смещений по ре­зультатам сдвиговых испытаний. При этом испытания должны проводиться с фиксацией де­формаций во времени на каждой ступени нагрузки. Частные значения δ_crр,i и δ_1,crр,i следует определять, исходя из зависимости:

 

,      (2)

где – частные значения деформации компрес­сионного сжатия (при компрессионных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испы­таниях) в момент времени t;

– частные значения мгновенной дефор­мации компрессионного сжатия (при компрессион­ных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испытаниях).

Расчетные значения /δ_crр,i и δ_1,crр,i /следует при­нимать равными нормативным.

2.11 За нормативное значение коэффициен­та фильтрации k_n следует принимать среднее арифметическое частных значений коэффициента фильтрации грунта, определяемых путем испы­таний его на водопроницаемость в лабораторных или полевых условиях с учетом структурных особенностей основания (в том числе возникающих после возведения сооружения). Например, при резко выраженной фильтрационной анизотропии грунта, когда его водопроницаемость изменяется в зависимости от направления более чем в пять раз, необходимо определять коэффициенты фильтра­ции по главным осям анизотропии, указывая при этом ориентировку этих осей в пространстве.

Расчетные значения коэффициента филь­трации k следует принимать равными норма­тивным.

 

П р и м е ч а н и е - Для портовых сооружений и речных сооружений III и IV классов, расчетные значения коэффициентов фильтрации грунтов основания допус­кается определять по аналогам, а также расчетом, используя другие физико-механические характеристики грунтов.

 

2.12 Расчетные значения осредненного критического градиента напора I_cr,m в основании сооружения с дренажом следует принимать по табл. 3.

 

Т а б л и ц а 3

 

 

Расчетные значения местного критического градиента напора I_cr следует определять, исполь­зуя расчетные методы оценки суффозионной устойчивости грунтов либо путем испытаний грун­тов на суффозионную устойчивость в лабора­торных или натурных условиях.

Для несуффозионных песчаных грунтов I_cr допускается принимать при выходе потока в дре­наж 1,0, а за дренажом – 0,3. Для пылевато-гли­нистых грунтов при наличии дренажа или жесткой пригрузки при выходе на поверхность грунта I_cr до­пускается принимать 1,5, а при деформируемой пригрузке – 2,0.

2.13 Нормативные значения коэффициентов упругой и гравитационной водоотдачи μ_1,n и μ_n следует определять в натурных условиях по ре­зультатам наблюдений за изменением напоров и уровней воды в инженерно-геологическом элементе основания при изменении напора в определенной точке (например, в опытной скважине).

Расчетные значения коэффициентов μ₁ и μ следует принимать равными нормативным.

 

П р и м е ч а н и е - Значения μ₁ и μ оснований сооружений II-IV классов допускается определять по результатам испытаний в лабораторных условиях.

 

Нормативные значения давления набухания и начального просадочного давления следует при­нимать как средние арифметические частных зна­чений этих характеристик.

Расчетное значение давления набухания сле­дует принимать равным максимальному частному значению, полученному при лабораторных исследо­ваниях для конкретного участка строительства.

Расчетное значение начального просадочного давления следует принимать равным минимальному значению, полученному при лабораторных исследо­ваниях для конкретного участка строительства.

 

Характеристики скальных грунтов

 

2.14 Нормативные значения предела проч­ности отдельности скального грунта на одноосное сжатие R_c,n и одноосное растяжение R_t,n, а также предела проч­ности массива скального грунта на смятие R_cs,m,n, одноосное растяжение R_t,m,n и одноосное сжатие R_с,m,n, следует определять как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученных в отдельных испытаниях.

Методы проведения испытаний и обработки результатов для получения частных значений характеристики R_cs,m приведены в приложении 4.

Частные значения характеристик R_c и R_t реко­мендуется определять соответственно методами одноосного сжатия и растяжения образцов отдель­ностей в лабораторных условиях.

Частные значения характеристик R_c,m, и R_t,m следует определять экспериментально в полевых условиях. Испытания для определения R_c,m реко­мендуется проводить методом одноосного сжатия скальных целиков, а для определения R_t,m – мето­дом отрыва бетонных штампов или скальных цели­ков по контакту «бетон – скала», по массиву или трещинам в условиях одноосного растяжения.

Расчетные значения характеристик проч­ности R_c,I,II, R_t,I,II, R_cs,m,I, R_c,m,II, и R_t,m,II следует опре­делять по формуле (1). При этом коэффициент надежности по грунту γ_g для характеристики R_II необходимо принимать γ_g=1, а для характеристики R_I он должен определяться в соответствии с тре­бованиями ГОСТ 20522 при односторонней дове­рительной вероятности α = 0,95.

При обосновании расчетные значения R_t,m,II в направлениях, не совпадающих с нормалями к плоскостям трещин, допускается принимать по табл. 4, а в направлениях, совпадающих с норма­лями к плоскостям сплошных трещин, принимать равными нулю.

2.15 Нормативные значения характеристик tgj_n и c_n массивов скальных грунтов следует определять для всех потенциально опасных рас­четных поверхностей или элементарных площадок сдвига по результатам полевых или лабораторных (в том числе модельных) испытаний, проводимых методом среза (сдвига) бетонных штампов или скальных целиков.

Испытания указанными методами и опре­де­ление по их результатам нормативных значений харак­теристик tgj_n и c_n следует производить для условий, соответствующих всем расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

Нормативные значения характеристик tgj_n и c_n должны определяться в соответствии с  приложением 2.

 2.16 Расчетные значения характеристик tgj_I и c_I скальных грунтов следует вычислять по формуле (1). При этом коэффициенты надежности по грунту γ_g следует устанавливать в соответствии с приложением 2 при односторонней доверительной вероятности α = 0,95. Если полученное при этом значение γ_g будет более 1,25 или менее 1,05, то его следует принимать соответственно равным 1,25 или 1,05.

Расчетные значения характеристик tgj_II и c_II следует принимать равными нормативным.

 

П р и м е ч а н и я

1 Для определения расчетных значений харак­теристик tgj_I и c_I по результатам испытаний при обос­новании можно использовать метод линейной аппрок­симации нижней доверительной границы зависимости между нормальными и предельными касательными напряжениями, полученной при α = 0,95 с использованием усеченного распределения измеренных величин.

2. При определении расчетных характеристик tgj_I,II и c_I,II по экспериментальным данным, необходимо учи­тывать возможное несоответствие между условиями про­ведения испытаний и натурными условиями.

3. Для оснований сооружений III и IV классов, а также для оснований сооружений I и II классов на стадии технико-экономического обоснования строительства Ра­счетные значения характеристик tgj_I,II и c_I,II при обос­новании допускается принимать по табл. 4 (с исполь­зованием аналогов, корреляционных связей и т.д.). Значения tgj_I,II и c_I,II для оснований сооружений I и II классов на стадиях проекта, рабочего проекта и рабочей документации при обосновании допускается принимать по табл. 4, если расчеты с использованием этих характе­ристик не определяют габариты сооружений.

 

2.17 Нормативные значения характеристик деформируемости массивов скальных грунтов (модуля деформации E_n, коэффициента поперечной деформации ν_n, скоростей распространения про­дольных и поперечных волн ν_l,n,ν_s,n и др.) следует определять как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученных для данного инженерно-геологического элемента в отдельных испытаниях. Нормативные значения E_n, и ν_n допускается также определять исходя из корреляционной зависимости между статической (E_n) и динамической (ν_l,n или ν_s,n) характеристиками, установленной при сопоставлении частных сопря­женных значений этих характеристик, полу­ченных в одних и тех же точках массива, рас­положенных в разных инженерно-геологических элементах иссле­дуемого основания. При этом испытания для получения частных значений E и ν должны проводиться методами статического нагружения массива скального грунта, а для получения частных значений ν_l или ν_s - динамическими (сейсмо­акустическими или ультразвуковыми) методами.

Т а  б л и ц а 4

 

Для оснований сооружений III и IV классов, а также для оснований сооружений I и II классов на стадии технико-экономического обоснования строи­тельства при определении нормативных значений E_n, корреляционную зависимость с динамическими харак­теристиками допускается при обосновании принимать на основе обобщения данных испытаний для ана­логичных инженерно-геологических условий.

2.18 Расчетные значения модуля деформа­ции E, если они используются в расчетах местной прочности основания, должны определяться по формуле (1). При этом коэффициент надежности по грунту γ_g, если нормативное значение Е_n уста­новлено как среднее арифметическое частных зна­чений, должен определяться в соответствии с требованиями ГОСТ 20522 при односторонней до­верительной вероятности α = 0,85. Из полученных двух значений γ_g должно приниматься меньшее. Если значение Е_n установлено по корреляционным зависимостям с динамическими показателями, следует принимать γ_g = 0,8.

Расчетные значения Е, если они используют­ся в расчетах устойчивости, в расчетах основания по деформациям и в расчетах прочности сооружения, следует принимать равными норма­тивным.

При обосновании расчетные значения мо­дуля деформации скальных массивов Е допу­скается определять на основе аналоговых корреляционных связей этой характеристики с характеристиками других свойств – водопроницае­мостью, воздухопроницаемостью и др. При этом характеристики других свойств должны быть уста­новлены по результатам испытаний в изучаемом скальном массиве.

Расчетные значения коэффициента попереч­ной деформации ν следует принимать равными нормативным.

При обосновании расчетные значения ν скаль­ного грунта допускается определять по аналогам.

2.19 Нормативные значения коэффициента фильтрации k_n и удельного водопоглощения q_n следует определять как средние арифметические значения результатов, полученных при испытаниях, выполненных одинаковым методом в соответствии с ГОСТ 23278. В сложных гидрогеологических условиях (резко выраженная анизотропия фильтра­ционных свойств, карст, неопределенность гранич­ных условий и др.) нормативное значение k_n следует определять по результатам испытаний в кусте скважин.

Испытания по определению k_n и q_n необхо­димо проводить с учетом напряженного состояния грунта в изучаемой зоне основания.

Расчетные значения коэффициента фильт­рации k и удельного водопоглощения q следует принимать равными нормативным.

2.20 Нормативные значения критической скорости движения воды в трещинах (прослойках, тектонических зонах дробления) ν_cr,j,n следует опре­делять по результатам суффозионных испытаний заполнителя трещин (прослоек, зон дробления).

Расчетные значения ν_cr,j следует принимать равными нормативным.

Для оснований сооружений III и IV классов, а при обосновании – и для оснований сооружений I и II классов расчетные значения ν_cr,j допускается определять расчетом в зависимости от геомет­рических характеристик трещин, вязкости фильт­рующейся воды и физико-механических характе­ристик заполнителя трещин.

Расчетные значения (равные нормативным) критического градиента напора I_cr,j фильтра­цион­ного потока в направлении простирания рассматри­ваемой системы трещин следует опре­делять расчетом в зависимости от геометрических харак­теристик трещин, вязкости воды и физико-механи­ческих характеристик заполнителя трещин.

2.21 Нормативные и расчетные значения коэффициентов упругой и гравитационной водоот­дачи μ_1,п, μ_n и μ₁, μ следует определять в соот­ветствии с п. 2.13 только по результатам испытаний в натурных условиях.

2.22 Массивы скальных грунтов по степени трещиноватости, водопроницаемости, деформируе­мости, выветрелости, по нарушению сплошности и показателю качества RQD характеризуются дан­ными, приведенными в приложении 1.

2.23 По деформируемости и прочности в различных направлениях массивы скальных грун­тов следует считать изотропными при коэффи­циенте анизотропии не более 1,5 и анизотропными при коэффициенте анизотропии более 1,5. Под коэффициентом анизотропии понимается отно­шение большего значения характеристики к меньшему в двух заданных направлениях.

 

3 Расчет устойчивости

 

3.1 Критерием обеспечения устойчивости сооружения, системы «сооружение – основание» и склонов (массивов) является условие:

 

,                                        (3)

 

где F, R – расчетные значения соответственно обобщенных сдвигающих сил и сил предельного сопротивления или моментов сил, стремящихся повернуть (опрокинуть) и удержать сооружение;

– коэффициент сочетания нагрузок, при­нимаемый: для основного сочетания нагрузок – 1,0; для особого сочетания нагрузок – 0,9; для сочетаний нагрузок в период строительства и ремонта – 0,95;

– коэффициент условий работы, прини­маемый по табл. 5;

– коэффициент надежности по ответст­венности (назначению) сооружения, учитывающий капитальность и значимость последствий при на­ступлении тех или иных предельных состояний:

- при расчетах по предельным состояниям первой группы принимается для класса сооружения:

 

- I                                               1,25;

- II                                              1,20;

- III                                             1,15;

- IV                                             1,10

- при расчетах по предельным состояниям второй группы γ_n следует принимать равным 1,0;

- при расчете устойчивости естественных склонов γ_n следует принимать как для класса рядом расположенного проектируемого сооружения.

Т а б л и ц а 5

 

 

3.2 При определении расчетных нагрузок коэффициенты надежности по нагрузкам следует принимать согласно требованиям СНиП 2.06.01-86.

 

П р и м е ч а н и я

 

1 Коэффициенты надежности по нагрузкам сле­дует принимать одинаковыми (повышающими или пони­жающими) для всех проекций расчетной нагрузки.

2 Все нагрузки от грунта (вертикальное давление от веса грунта, боковое давление грунта) следует опре­делять по расчетным значениям характеристик грунта tgj_I,II и c_I,II, γ_I,II, принимая при этом коэффициенты надежности по нагрузкам равными единице.

 

3.3 Расчеты устойчивости сооружений и грунтовых массивов следует производить мето­дами, удовлетворяющими всем условиям равно­весия в предельном состоянии.

Допускается применять и другие методы расчета, результаты которых проверены опытом проектирования, строительства и эксплуатации сооружений.

В расчетах устойчивости следует рассмат­ривать все физические и кинематические схемы по­тери устойчивости сооружений, систем «сооруже­ние – основание» и склонов (массивов).

 

П р и м е ч а н и я

 

1 Расчеты следует выполнять для условий пло­ской или пространственной задачи. При этом условия про­странственной задачи принимают, если l<3b или l<3h (для шпунтовых сооружений), или когда поперечное сечение сооружения, нагрузки, геологические условия меняются по длине l₁<3b (<3h), где l и b – соответственно длина и ширина сооружения, h – высота сооружения с учетом заглубления сооружения или шпунта в грунт основания, l₁ – длина участка с постоянными характеристиками.

2 В расчетах устойчивости для условий простран­ственной задачи необходимо учитывать силы трения и сцепления по боковым поверхностям сдвигаемого мас­сива грунта и сооружения. При этом следует давление на боковые поверхности принимать равными давлению по­коя, определяемому по указаниям СНиП 2.06.07-87.

Расчет устойчивости сооружений на

нескальных основаниях

 

3.4 В расчетах устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях следует рассматривать возможность потери устойчивости по схемам плоского, смешанного и глубинного сдви­гов. Выбор схемы сдвига в зависимости от вида сооружения, классификационной характеристики основания, схемы загружения и других факторов производится по указаниям пп. 3.5, 3.9 и 3.11.

Перечисленные схемы сдвига могут иметь место при поступательной форме сдвига и при сдвиге с поворотом в плане.

Для сооружений, основанием которых явля­ются естественные и искусственные откосы, или их гребни, необходимо также рассматривать схему об­щего обрушения откоса вместе с расположенным на нем сооружением.

3.5 Расчет устойчивости гравитационных сооружений (кроме портовых), основания которых сложены песчаными, крупнообломочными, твер­дыми и полутвердыми пылевато-глинистыми грун­тами, следует производить только по схеме плос­кого сдвига при выполнении условия:

 

                               (4)

В случаях, если основания сложены туго- и мягкопластичными пылевато-глинистыми грунтами, кроме условия (4) следует выполнять условия:

 

                           (5)

 

                                          (6)

 

В формулах (4)÷(6):

 – число моделирования;

 – максимальное нормальное напря­жение в угловой точке под подошвой сооружения (с низовой стороны);

 – размер стороны (ширина) прямоуголь­ной подошвы сооружения, параллельной сдвигаю­щей силе (без учета длины анкерного понура);

 – удельный вес грунта основания, при­нимаемый ниже уровня воды с учетом ее взве­шивающего действия;

– безразмерное число, принимаемое для плотных песков равным 1, для остальных грунтов – равным 3. Для всех грунтов оснований сооружений I и II классов N₀ следует уточнять по результатам экспериментальных исследований методом сдвига штампов в котлованах сооружений;

tgψ_I – расчетное значение коэффициента сдвига;

– те же, что в п .2.7;

σ_m – среднее нормальное напряжение по подошве сооружения;

с⁰_υ – коэффициент степени консолидации;

k – коэффициент фильтрации;

е – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии;

t₀ – время возведения сооружения;

α – коэффициент уплотнения;

γ_w – удельный вес воды;

h₀ – расчетная толщина консолидируемого слоя, принимаемая для сооружения с шириной подошвы b, с учетом ширины дренажа b_d:

а) для однослойного основания:

при наличии водоупора, залегающего на глубине h₁ (h₁ ≤  H_c; Н_с – см. п. 7.9),

 

                                              (7)

 

при залегании в основании дренирующего слоя на глубине h₁ (h₁ ≤ H_c)

 

                                             (8)

 

б) для двухслойного основания с толщинами слоев h₁ и h₂:

при наличии водоупора и при

 

                                  (9)

 

при наличии дренирующего слоя на глубине h₁+h₂ (h₁+h₂ ≤ H_c)

 

                                     (10)

 

П р и м е ч а н и е - Указания настоящего пункта не распространяются на случаи, когда конструкции сооружения, геологическое строение осно­вания и распределение нагрузок предопределяют глубинный сдвиг.

 

3.6 При расчете устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига за расчетную поверхность сдвига следует принимать:

- при плоской подошве сооружения – плос­кость опирания сооружения на основание с обя­зательной проверкой устойчивости по гори­зон­тальной плоскости сдвига, проходящей через вер­ховой край подошвы;

- при наличии в подошве сооружения вер­хового и низового зубьев: при глубине заложения верхового зуба, равной или большей низового, - плоскость, проходящую через подошву зубьев, а также горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба; при глубине заложения низового зуба более глубины заложения верхового зуба – горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба (при этом все силы следует относить к указанной плоскости, за ис­ключением пассивного давления грунта со стороны нижнего бьефа, которое надлежит определять по всей глубине низового зуба);

- при наличии в основании сооружения ка­менной постели – плоскости, проходящие по кон­такту сооружения с постелью и постели с грунтом; при наличии у каменной постели заглубления в грунт, следует рассматривать также наклонные плоскости или ломаные поверхности, проходящие через постель.

3.7 При расчете устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига (без поворота) при гори­зонтальной плоскости сдвига R=R_pl и F в условии (3) следует определять по формулам:

 

         (11)

 

                                      (12),

 

где       – расчетное значение предельного со­противления при плоском сдвиге;

 – сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок (включая противодавление);

– характеристики грунта по расчет­ной поверхности сдвига, определяемые по указа­ниям разд. 2;

 - коэффициент условий работы, учиты­вающий зависимость реактивного давления грунта с низовой стороны сооружения от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости, принимаемый по результатам эк­спериментальных исследований; при их отсутствии значение  сле­дует принимать: для всех видов сооружений, кроме портовых – 0,7, для портовых -1;

, – соответственно расчетные значения горизонтальных составляющих силы пас­сивного давления грунта с низовой стороны сору­жения и активного давления грунта с верховой сто­роны, определяемые по указаниям СНиП 2.06.07-87; при определении Е_р,tw, и Е_а,hw ниже уровня воды следует учитывать ее взвешивающее действие на грунт, а также влияние фильтрационных сил;

 – площадь горизонтальной проекции подошвы сооружения, в пределах которой учиты­вается сцепление;

– горизонтальная составляющая силы сопротивления свай, анкеров и т. д.;

– расчетное значение сдвигающей силы;

,  – суммы горизонтальных состав­ляющих расчетных значений активных сил, действующих соответственно со стороны верховой и низовой граней сооружения, за исключением активного давления грунта.

 

Примечания

1 В случае наклонной плоскости сдвига при определении R_pl и F все силы проектируются на эту плоскость и на нормаль к ней.

2 Для вертикально- и наклонно-слоистых осно­ваний tgj_II и с_I следует определять по приложению 5, как средневзвешенные значения харак­теристик грунтов всех слоев с учетом перераспределения нормальных контактных напряжений между слоями пропорционально их модулям деформации.

3 Под низовой понимается сторона сооружения, в направлении которой проверяется возможность сдвига.

4 Для портовых сооружений I класса величины tgj_I и с_I по контакту сооружения с каменной постелью следует определять по результатам экспериментальных иссле­дований. Для портовых сооружений II÷IV классов, а также I класса на стадии ТЭО строительства допускается принимать по контакту «сооружение – каменная наброска» - =0,6, с_I =0; по поверхности сдвига внутри каменной наброски –  = 0,85, с_I =0.

5 При наличии постели под сооружением пас­сивное давление грунта следует определять ниже по­дошвы сооружения с учетом веса вышележащего грунта.

 

3.8 В случае, если расчетная сдвигающая сила F приложена эксцентриситетом в плоскости подошвы , расчет устойчивости сооружений следует производить по схеме плоского сдвига с поворотом в плане (l и b – размеры сторон прямоугольной подошвы сооружения). Эксцентриситет е_F и силу предельного сопротивления сдвигу при плоском сдвиге с поворотом R_pl,t следует определять по указаниям, приведен­ным в приложении 6.

3.9 Расчет устойчивости сооружений по схе­ме смешанного сдвига следует производить для сооружений на однородных основаниях во всех слу­чаях, если не соблюдаются условия, приведенные в п. 3.5. При этом сопротивление основания сдвигу следует принимать равным сумме сопротивлений на участках плоского сдвига и сдвига с выпором (рис. 1). Сила предельного сопротивления при расчете устойчивости сооружений по схеме смешанного сдвига R_com при поступательной форме сдвига определяется по формуле:

 

         (13)

 

где         – те же, что в формуле (5);

b₁, b₂ – расчетные значения ширины уча­стков подошвы сооружения, на которых происходит сдвиг с выпором и плоский сдвиг;

 – предельное касательное напряжение на участке сдвига с выпором, определяемое в соот­ветствии с указаниями приложения 7;

– размер стороны прямоугольной подош­вы сооружения, перпендикулярной сдвигающей  силе.

 

аб – участок плоского сдвига; бе – участок сдвига с выпором; бвгдб – зона выпора

 

Рисунок 1 - Схема к расчету несущей способности основания и устойчивости сооружения при сме­шанном сдвиге

Значения b₁ следует определять в зависимости от σ_max (с низовой стороны) по рис. 2. При эксцентри­ситете e_p нормальной силы Р в сторону нижнего бьефа в формуле (13) вместо b, b₁ и b₂ следует принимать b', b'₁ и b'₂ (где b'= b-2е_р, а ); эксцентриситет в сторону верхнего бьефа не учитывается.

Для портовых сооружений расчеты устой­чивости по схеме смешанного сдвига допускается не производить.

 

 

а – для грунтов с коэффициентом сдвига tgψ_I>0.45;

б – то же, при tgψ_I<0.45; σ_flr – среднее нормальное напряжение в подошве сооружения, при котором происходит разрушение основания от одной вертикальной нагрузки (σ_flr определяется по приложению 5; σ_cz=N₀bγ₁).

 

Рисунок 2 - Графики для определения ширины участка подошвы сооружения b,

на котором происходит сдвиг с выпором грунта основания

 

3.10 При смешанном сдвиге с поворотом в пла­не предельная сдвигающая сила принимается равной α_tR_com, где α_t – коэффициент, определяемый по ука­заниям приложения 6, R_com – то же, что в формуле (13).

3.11 Расчет устойчивости сооружений по схеме глубинного сдвига следует производить:

а) для всех типов сооружений, несущих толь­ко вертикальную нагрузку, а для портовых соору­жений – независимо от характера нагрузки;

б) при невыполнении требований п. 3.5 для сооружений, несущих вертикальную и гори­зонтальную нагрузки и расположенных на неодно­родных основаниях.

3.12 Расчет устойчивости гравитационных сооружений (кроме портовых) по схеме глубинного сдвига допускается производить по  приложению 7.

Расчет устойчивости портовых сооружений сле­дует производить двумя методами, исходя из пере­ме­щения сдвигаемого массива грунта вместе с соору­жением по ломаным плоскостям сдвига и из враща­тельного их перемещения по круглоцилинд­рической поверхности сдвига с приведенными  в приложении 8, а при специальном обосновании - одним из указанных методов.

При использовании обоих методов опреде­ляющими являются результаты расчета устойчи­вости по тому методу, по которому условие (3) показывает меньшую надежность сооружения.

3.13 При расчете устойчивости сооружений на основаниях, сложенных пылевато-глинистыми грунтами со степенью влажности S_r ≥ 0,85 и коэф­фициентом степени консолидации c⁰_υ< 4 (см. п. 3.5), следует принимать характеристики грунта  и c_I, соответствующие его степени консолидации, или вводить в расчет поровое давление (определяемое экспериментальным или расчетным путем) при характеристиках грунта, соответствующих его ста­билизированному состоянию.

 

Расчет устойчивости сооружений на

скальных основаниях

 

3.14 Расчеты устойчивости сооружений на скальных основаниях, скальных откосов и склонов следует выполнять по схеме сдвига по плоским или ломаным расчетным поверхностям. Для бетонных и железобетонных сооружений на скальных основа­ниях следует также рассматривать схему предель­ного поворота (опрокидывания) с разрушением основания под низовой гранью сооружения. При этом определяющими являются результаты рас­чета по схеме, которая по условию (3) показывает меньшую надежность сооружения (откоса, склона).

При плоской расчетной поверхности сдвига следует учитывать две возможные схемы наруше­ния устойчивости:

- поступательный сдвиг;

- сдвиг с поворотом в плане.

При ломаной расчетной поверхности сдвига следует учитывать три возможные расчетные схемы:

- сдвиг вдоль ребер ломаной поверхности (продольный);

- сдвиг поперек ребер ломаной поверхности (поперечный);

- сдвиг под углом к ребрам ломаной поверх­ности сдвига (косой).

Выбор схемы нарушения устойчивости сооружения или откоса (склона) и определение расчетных поверхностей сдвига следует произ­водить, используя данные анализа инженерно-геологических структурных моделей, отражающих основные элементы трещиноватости скального массива (ориентировку, протяженность, мощность, шероховатость трещин, их частоту и т. д.) и наличие ослабленных прослоек и областей.

3.15 При расчете устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поступа­тельного и продольного сдвигов величины, входя­щие в условие (3), необходимо определять по формулам:

 

F=T;                                                    (14)

 

, (15),

 

где F, – то же, что в формуле (3);

Т – активная сдвигающая сила (проекция равнодействующей расчетной нагрузки на направ­ление сдвига);

Р_i – равнодействующая нормальных напря­жений (сил), возникающих на i-м участке поверх­ности сдвига от расчетных нагрузок;

– сила сопротивления, ориентированная против направления сдвига, возникающая от анкер­ных усилий и т. д;

n – число участков поверхности сдвига, наз­начаемое с учетом неоднородности основания по прочностным и деформационным свойствам;

- расчетные значения харак­теристик скальных грунтов для i-того участка расчетной поверхности сдвига, определяемые в соответствии с требованиями п. 2.16;

 – площадь i-го участка расчетной по­верхности сдвига;

– расчетная сила сопротивления упор­ного массива (обратной засыпки), определяемая по указаниям п. 3.16.

3.16 Расчетное значение силы сопротив­ления упорного массива или обратных засыпок следует определять по формуле:

 

                                    (16)

 

где – расчетное значение силы пассивного сопротивления.

Для обратных засыпок и упорных массивов без выраженных поверхностей ослабления Е_p,d определяется по указаниям СНиП 2.06.07-87. Для упорного массива, содержащего поверхности ослабления, по которым данный массив может быть сдвинут, значение следует определять без учета характеристик tgj и с по упорной грани по формуле:

 

, (17)

 

где        – вес призмы выпора;

– площадь поверхности сдвига призмы выпора;

 – угол наклона поверхности сдвига (плоскости ослабления) призмы выпора к горизонту;

– расчетные значения харак­теристик грунтов по поверхности сдвига (выпора);

γ΄_c – коэффициент условий работы, при­нимаемый в зависимости от соотношения модулей деформации грунта упорного массива (обратной за­сыпки) Е_s и основания Е_f:

 

при                    γ΄_c=0,7;

при                     ;

при             γ΄_c определяется линейной интерполяцией;

Е_r – давление покоя, определяемое по формуле:

 

                                   (18),

 

где       – удельный вес грунта упорного массива;

 

 – коэффициент поперечной деформации грунта упорного массива;

– высота упора на контакте с сооруже­нием или откосом.

 

П р и м е ч а н и я

1 Сопротивление упорного массива следует учи­тывать только в случае обеспечения плотного контакта сооружения или откоса с упорным массивом.

2 Сила Е_p,d принимается горизонтальной незави­симо от наклона упорной грани массива.

 

3.17 При расчете устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме сдвига с по­воротом в плане следует учитывать возможное уменьшение сопротивления сдвигу R против зна­чений сил, устанавливаемых в предложении по­ступательного движения. При этом корректировку значений R допускается производить в соответст­вии с требованиями приложения 6.

3.18 Расчеты устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поперечного сдвига следует производить, как правило, расчле­няя призму обрушения (сдвига) на взаимодей­ствующие элементы.

Расчленение призмы обрушения (сдвига) на элементы производится в соответствии с харак­тером поверхности сдвига, структурой скального массива призмы и распределением действующих на нее сил. В пределах каждого элемента по поверхности сдвига характеристики прочности скального грунта принимаются постоянными.

Выбор направлений расчленения призмы обрушения на элементы и расчетного метода следует производить с учетом геологического строения массива. При наличии пересекающих призму обрушения (сдвига) поверхностей ослаб­ления, по которым возможно достижение пре­дельного равновесия призмы, плоскости раздела между элементами следует располагать по этим поверхностям ослабления.

3.19 Расчеты устойчивости по схеме косого сдвига следует выполнять в тех случаях, когда направление смещения массива не совпадает с направлением ребра (ребер) пересечения пло­скостей сдвига, например, при расчетах устойчи­вости береговых упоров арочных плотин и по­добных массивов.

3.20 При расчетах устойчивости бетонных сооружений по схеме предельного поворота (опро­кидывания) следует проверять возможность потери бетонным сооружением устойчивости вследствие нарушения прочности основания на смятие под низовой гранью сооружения при его повороте или наклоне, вызванном действием опрокидывающих сил. При этом необходимо выполнять условие:

 

                               (19)

 

где  и  - суммы моментов сил, стремящихся опрокинуть и удержать сооружение, определяемые в соответствии с методом, изложенном в приложении 4;

 - коэффициент условий работы, прини­маемый равным 1.0;

, -  то же, что в формуле (3).

3.21 Для оценки устойчивости сооружений на скальных основаниях и скальных откосов, относи­мых к I классу, при сложных инженерно-геологи­ческих условиях в дополнение к расчету, как пра­вило, следует проводить исследования на моделях.

 

4 Фильтрационные расчеты

оснований

 

4.1 При проектировании гидротехнических сооружений необходимо обеспечить фильтрацион­ную прочность грунтов основания и допустимые по технико-экономическим показателям величины фильтрационных расходов.

При расчетах фильтрационной прочности грунтов основания и самих сооружений необходимо определять:

- для грунтовых сооружений – форму сво­бодной поверхности фильтрационного потока (по­ложение кривой депрессии) и зоны его выкли­нивания;

- величину и характер распределения дав­ления фильтрационного потока по подошве бетон­ных сооружений (противодавление) и участки его разгрузки с построением эпюры выходных гра­диентов;

- характер фильтрационного потока в местах контакта грунтов, отличающимися величинами водо­проницаемости и структурой порового пространства;

- степень суффозности грунтов основания;

- силовое воздействие фильтрационного по­тока на массив грунтов основания;

- общую и местную фильтрационную проч­ность грунтов основания, при этом общую фильтра­ционную прочность определяют для несвязных грунтов, а местную – для всех классов грунтов.

4.2 Характеристики фильтрационного потока в основании гидротехнических сооружений следует определять путем моделирования на физических или математических моделях для сооружений I и II классов в обязательном порядке и расчетными методами с привлечением аналогов для более низких классов капитальности.

Характеристики грунтов основания должны отражать структуру водопроводящей среды и ее физико-механические свойства для всей активной зоны фильтрации, которая определяется расче­тами, исходя из намеченных размеров и конфи­гурации подземного контура сооружения.

Кроме механического состава грунта не­обходимо иметь данные о содержании и свойствах водорастворимых и органических веществ для оценки степени химической суффозии.

4.3 Критерием обеспечения общей фильтра­ционной прочности нескального основания явля­ются условия:

,                        (20)

где - фактический градиент напора в ос­новании сооружений, который определяется мето­дом удлиненной контурной линии или по резуль­татам модельных исследований;

- расчетное значение осредненного критического градиента напора.

Перед расчетами критического градиента необходимо определить степень суффозионности грунта по параметрам грунта и диаметра макси­мальных фильтрационных пор

 

,                     (21)

 

где - коэффициент неравномерности раскладки грунта;

        =1+0.05η,  - коэффициент неодно­родности.

, ,  – диаметр частиц грунта, ко­торые определяются по интегральной кривой гранулометрического состава, а 17, 60, 10 – процентное количество частиц в составе грунта;

n – пористость грунта (в долях единицы).

Максимальный размер частиц, которые могут быть вынесены из состава грунта принимается из условия:

 

.

 

При наличии мелких частиц в пределах 3÷5 %, грунт считается несуффозионным и для него при любых значениях градиента выноса частиц не происходит.

γ_n – коэффициент надежности, зависящий от степени ответственности сооружения, прини­маемый равным 1.25, 1.20, 1.15 и 1.10 соот­ветственно для I, II, III и IV классов капитальности.

Для суффозионных грунтов определяется величина критического градиента по зависимости:

 

,                 (22)

 где – коэффициент критической скорости

 

,        

где – пористость грунта (в долях единицы);

         - ускорение силы тяжести (981см/сек²);

         – объемный вес скелета грунта, г/см³;

        – объемный вес воды, г/см³;

        – кинематический коэффициент вязкости (0.01см³/сек);

       - угол между направлением фильтрации и силой тяжести;

       – коэффициент разнозернистости грунта равной d₆₀/d₁₀;

       – коэффициент фильтрации (см/сек);

 – диаметр суффозионных частиц, вынос которых допустим по условиям прочности грунта (~ 3÷5 %), определяется по интегральной кривой гра­нулометрического состава грунта.

4.4 Местную фильтрационную прочность не­скального основания необходимо определять толь­ко в следующих областях основания:

- при выходе (разгрузке) фильтрационного потока в нижний бьеф;

- в дренажных устройствах и т. п.

Возможное разрушение грунта (выпор) и проверку в этом случае следует выполнять при условии, что максимальная величина выходного градиента

 

           или         , где ;                                    (23)

 

 – удельный вес частиц грунта;

– удельный вес воды;

=0,90 ÷ 0,95 – поправочный коэффициент, применяется только в случае, если в составе грунта средний размер частиц находится в диапазоне d₅₀=0,07 ÷ 0.20мм.

Если критический градиент будет больше

0.6÷0.7 или больше критического градиента выпора, то в этом случае требуется пригрузка, толщина которой определяется по зависимости:

 

,                   (24)

 

– толщина пригрузки;

 – коэффициент запаса, рекомендует­ся равным 1,2 ÷ 1,5;

 – толщина слоя грунта, подверженная выпору;

– объемный вес материала пригрузки (в сухом или взвешенном состоянии). Материал при­грузки должен подбираться по принципу обратного фильтра.

Для изотропно-проницаемого и однородного основания необходимую толщину пригрузки (при градиентах напора фильтрационного потока в ме­стах выпора, близкими к единице) при отсутствии давления на нее сверху допускается определять по формуле:

)                         (25)

 

где  - разность пьезометрических уровней для расчетной глубины z в толще основания и для поверхности грунта основания (z соответствует заглублению низового шпунта или зуба);

 - удельный вес грунта и при­грузки с учетом взвешивающего действия воды;

– удельный вес воды;

 – коэффициент надежности по степени ответственности сооружения, принимаемый по п. 3.1.

4.5 Критериями обеспечения местной фильт­рационной прочности скальных оснований являют­ся условия:

 

,            (26)

 

где – средняя скорость движения воды в тре­щинах массива основания;

– скорость фильтрации воды в мас­сиве в направлении простирания выделенной сис­темы трещин;

 – расчетная пустотность массива, опре­деляемая наличием в нем полых трещин той же системы при доверительной вероятности их рас­крытия 0,95;

– критическая скорость движения воды в трещинах, определяемая по п. 2.20;

– критический градиент напора в на­правлении простирания рассматриваемой системы трещин, определяемый по п. 2.20.

4.6 Проектирование подземного контура на­порных сооружений с точки зрения фильтрационной прочности грунтов основания должно осуществляться с учетом обеспечения допустимой величины крити­ческого градиента и в соответствии с требованиями СНиП 2.06.05-84* и СНиП 2.06.06.85.

При выборе системы дренажа и противофиль­трационных устройств в основании проектируемого сооружения необходимо учитывать условия его эк­сплуатации, инженерно-геологические условия и тре­бования по охране окружающей сре­ды в части под­топления, заболачивания прилегающей территории, активизации карстово-суффозионных процессов и т. п.

4.7 При проектировании противофильтрацион­ной завесы в нескальном основании следует прини­мать следующие критические градиенты напора:

- в инъекционной завесе в гравийных и галечниковых грунтах – 7,5; в песках крупных и средней крупности – 6,0 и в мелких песках – 4,0;

- в завесе, сооружаемой способом «стена в грунте» в грунтах с коэффициентами фильтрации до 200 м/сут, в зависимости от материала и длительности ее эксплуатации – по табл. 6.

 

Т а б л и ц а 6

 

4.8 При проектировании противофильтра­ционной (цементационной) завесы в скальном осно­вании следует принимать критический градиент на­пора I_cr в завесе в зависимости от удельного водопоглощения в пределах завесы q_c по табл. 7.

В случае, когда завеса (одна или в сочетании с другими противофильтрационными устройствами) также защищает от выщелачивания содержащиеся в основании растворимые грунты, допустимое удель­ное водопоглощение следует обосновывать ра­счетами и экспериментальными исследованиями.

Проницаемость противофильтрационной за­весы должна быть ниже проницаемости грунта основания не менее, чем в 10 раз

.

Т а б л и ц а 7

 

 

4.9 Если между собой контактируют два раз­нородных грунта (или грунт с трещиноватой ска­лой), то критический градиент контактного размыва более мелкозернистого грунта и размер выносимых частиц диаметром d_{c i}≥ 3 % (по гранулометрической кривой) определяется по зависимости:

 

(27)

 

Размыв происходит только при условии , при значении  размыва и вы­носа фракций мелкозернистого грунта не проис­ходит.

 – коэффициент, учитывающий форму и шероховатость частиц грунта.

Для песчано - гравийно - галечниковых грун­тов = 0,35÷0,4;

Для скальных грунтов вместо D₀ при­нимается преобладающий размер (ширина) тре­щины – Вщ и=0,35÷0,4.

В случаях, когда контактируют глинистые грунты с числом пластичности W ≥ 5 и крупно­зернистый материал или трещиноватая скала, то возможность контактного размыва определяется величиной критического градиента:

 

,                   (28)

 

где - максимальный размер пор в санти­метрах.

Формула применяется при ≤ 1,8.

В случае, когда  больше 1,8 см, проис­ходит отслаивание связного грунта и его размыв при градиенте I > 0.

5 Расчет местной прочности

скальных оснований

 

5.1 Расчет местной прочности скальных оснований гидротехнических сооружений следует производить для установления необходимости разработки мероприятий, предотвращающих воз­можное нарушение противофильтрационных уст­ройств, для учета при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружений и для учета достижения предела местной проч­ности при расчетах напряженно-деформированного состояния сооружения и основания.

Расчет местной прочности следует произ­водить по предельным состояниям второй группы только для оснований сооружений I класса при основном сочетании нагрузок.

5.2 Проверку местной прочности скальных оснований следует производить по расчетным пло­щадкам:

а) совпадающим с плоскостями, приурочен­ными к трещинам в массиве;

б) совпадающим с плоскостью, приуроченной к контакту «сооружение – основание»;

в) не совпадающим с плоскостями, приуро­ченными к трещинам и к контакту «сооружение – основание».

5.3 Критериями обеспечения местной проч­ности по площадкам, указанным в подпунктах «а» и «б» п. 5.2, являются условия:

 

                                       (29)

 

(30)

где θ_j – отношение предельных касательных напряжений на расчетной площадке к эксплуатационным;

, τ_j – соответственно нормальное и каса­тельное напряжения на расчетной площадке, при­уроченной к плоскости трещины (контакта), от нормативных нагрузок в расчетном сочетании (сжи­мающим напряжениям соответствует знак «плюс»);

σ₁, σ₃ – соответственно максимальное и минимальное главные напряжения от тех же на­грузок;

 – острый угол между расчетной площад­кой, приуроченной к трещине (контакту), и на­правлением главного напряжения σ₁;

, - расчетные характеристики для расчетных площадок, приуроченных к трещинам (контакту), определяемые в соответствии с требо­ваниями п. 2.16;

 - расчетное значение предела проч­ности массива скального грунта на одноосное рас­тяжение, определяемое в соответствии с требова­ниями п. 2.14.

5.4 Критериями обеспечения местной проч­ности по площадкам, указанным в п. 5.2в, являются условия:

 

;                                     (31)

 

(32)

 

где , – расчетные характеристики для расчетных площадок, не приуроченных к трещинам и контакту «сооружение – основание», определя­емые в соответствии с требованиями п. 2.16.

В случаях, если связь между касательными τ_m и нормальными σ_m напряжениями на расчетных площадках, не приуроченных к трещинам и кон­такту, при определении tgj_m,II и c_m,II описывается единой линейной зависимостью с большой пог­решностью, необходимо учитывать возможную нелинейность этой связи путем столбчато-ли­нейной аппроксимации или использованием нели­нейных зависимостей, например, в виде квад­ратичной параболы . При ис­пользовании квадратичной параболы вместо усло­вия (32) должно выполняться условие:

 

                                (33)

 

При этом параметры χ и ζ должны определяться путем обработки экспериментальных данных методом наименьших среднеквадратичных отклонений.

5.5 Условия (29) и (31) следует выполнять во всех указанных в п. 5.1 случаях, а условия (30) и (32) [или (33)] – в этих же случаях, но только при σ₃<0. Если σ₃>0, то условия (30) и (32) [или (33)] следует выполнять лишь при оценках прочности основания, производимых при расчетах напря­женно-деформированного состояния основания, и при разработке мероприятий по повышению проч­ности и устойчивости сооружения.

При оценке надежности противофильтра­ционных устройств (если σ₃<0) проверка выпол­нения условия (30) для площадок, совпадающих с плоскостью завес, не производится.

При невыполнении условий местной проч­ности в пределах цементационной завесы должны быть выполнены фильтрационные расчеты в соответствии с требованиями раздела 4 с учетом изменений фильтрационного режима.

5.6 При определении напряжений σ_j, τ_j, σ₁ и σ₃ в условиях (29)÷(33) следует применять вычис­лительные и экспериментальные методы механики сплошной среды и геомеханики.

Допускается рассматривать основание сов­местно с сооружением как систему линейно-де­формируемых тел, на контакте между которыми выполняются условия равновесия и равенства перемещений.

При обосновании допускается схематизация системы «сооружение – основание», позволяющая решать плоскую задачу теории упругости применительно к одному или к нескольким плоским сечениям. При этом поверхность основания может быть принята плоской, а тело основания – однородным, либо состоящим из некоторого числа однородных областей, либо имеющим непрерывно изменяющиеся характеристики. При необходимости следует учитывать естественный рельеф по­верхности основания, пространственный характер работы системы «сооружение – основание», а также детализировать распределение механи­ческих характеристик основания.

Если при определении напряжений (при указанных предпосылках) в некоторых областях основания одно (или несколько) из условий (29)÷(33) не выполняется, то следует производить уточнение решения задачи. Уточнение следует выполнять с использованием нелинейной зависи­мости между напряжениями и деформациями или путем изменения геометрии сечения за счет исключения из рассмотрения указанных областей.

 

6 Определение контактных

напряжений

 

6.1 Контактные напряжения (нормальные и касательные напряжения по контакту «сооружение – основание») необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструк­ций и сооружений, а также в расчетах оснований по несущей способности и деформациям.

При определении контактных напряжений необходимо учитывать конструктивные особеннос­ти сооружения, последовательность возведения и вид основания.

В целях уменьшения расчетных усилий в конструкциях или в элементах сооружения при проек­тировании следует рассматривать возмож­ность соз­дания оптимального распределения кон­тактных напря­жений, предусматривая устройство выступов на кон­тактных поверхностях сооружений, уплотнение отдельных зон основания и соотвествующую после­довательность возведения сооружения.

 

П р и м е ч а н и е - Напряжения на контакте грунта с ограждающими конструкциями определяются по СНиП 2.06.07-87.

 

6.2 Для сооружений на скальных основаниях контактные напряжения следует определять мето­дом внецентренного сжатия, а в необходимых случаях для сооружений I и II классов – по результатам расчетов напряженного состояния системы «сооружение – основание» с исполь­зованием методов механики сплошных сред.

Для сооружений на нескальных основаниях контактные напряжения следует определять в соответствии с требованиями пп. 6.3 ÷ 6.11.

6.3 При определении контактных напряжений для сооружений на нескальных основаниях следует учитывать показатель гибкости сооружения t_fl, определяемый:

а) при расчете сооружения по схеме плоской деформации:

в направлении длины сооружения

 

 ;                            (34)

в направлении ширины сооружения

 

;                                (35)

б) при расчете сооружения по схеме пространственной задачи:

 

                              (36)

 

В формулах (34)÷(36):

ν, ν₁ – коэффициенты Пуассона соответст­венно грунта основания и материала сооружения;

Е, Е₁ – модули соответственно деформации грунта основания и упругости материала сооружения;

b, l – соответственно ширина и длина по­дошвы сооружения;

I_x, I_y – моменты инерции расчетных сечений сооружения;

δ – ширина расчетного элемента по длине подошвы сооружения, принимаемая δ=1м;

D – цилиндрическая жесткость фундамент­ной плиты сооружения.

В случаях, когда коэффициент гибкости t_fl1<1, контактные напряжения следует определять как для абсолютно жестких сооружений. При t_fl1>1 (t_fl2<4b/l) контактные напряжения определяются с учетом гибкости сооружений.

 

Определение контактных напряжений для

сооружений на однородных нескальных

основаниях

 

6.4 Для жестких сооружений I и II классов, рассчитываемых по схеме плоской деформации, нормальные контактные напряжения, как правило, следует определять методами механики сплошной среды (линейной или нелинейной теории упругости, теории пластичности). При обосновании эти напря­жения для сооружений I и II классов допускается, а для сооружений III и IV классов следует определять методом внецентренного сжатия по приложению 9 или методом коэф­фициента постели, а для песчаных оснований с относительной плотностью грунта  - методом экспери­ментальных эпюр по приложению 10.

 

П р и м е ч а н и я

1 При применении методов теории упругости и теории пластичности допускается принимать ос­нование в виде сжимаемого слоя конечной тол­щины, равной для песчаных грунтов 0,3b, для глинистых грунтов 0,5b (b – ширина подошвы сооружения). Ширину сжимаемого слоя допускается уточнять при наличии экспериментальных данных.

2 При получении на участке подошвы соору­жения растягивающих контактных напряжений, этот участок должен быть исключен из расчетной контактной поверхности, а на оставшейся части контактные напряжения должны быть пересчитаны.

6.5 Для расчетов прочности гидротехнических сооружений эпюры контактных напряжений следует определять по методам механики сплошной среды, внецентреннего сжатия, коэффициента постели и экспериментальных эпюр. Если получен­ные при этом изгибающие моменты имеют разные знаки, то при расчетах моменты уменьшаются на 10 % суммы их максимальных абсолютных значений, а если оди­наковые знаки, то бóльший изгибающий момент умень­шается на 10 % разности этих значений.

6.6 При определении контактных напряжений с учетом гибкости сооружений допускается при­менять метод коэффициента постели, а также решения упругих и упругопластических задач. При этом сооружение в зависимости от его схемы рассматривается как плоская или пространственная конструкция (балка, плита, рама и т.д.). Гибкость элементов конструкции следует определять с учетом возможности образования трещин в соответствии с требованиями СНиП 2.06.08-87.

 

П р и м е ч а н и я

1 При расчете сложных пространственных соору­жений (зданий ГЭС, голов шлюзов и др.) вместо решения пространственной задачи допу­скается использовать ре­шения плоской задачи, рассматривая независимо два вза­имно перпен­дикулярных направления.

2 Расчет сооружений в направлении их ширины при наличии в них участков различной гибкости следует производить с учетом ее пере­менности.

 

6.7 Касательные контактные напряжения, возникающие при действии сдвигающих сил, сле­дует определять методами, указанными в п. 6.4.

При применении методов коэффициента постели и внецентренного сжатия касательные на­пряжения могут приниматься равномерно рас­пре­деленными.

Касательные напряжения, обусловленные действием вертикальных сил, при расчетах проч­ности сооружений, как правило, не учитываются.

 

П р и м е ч а н и е -  При получении на участке подошвы сооружения касательных напряжений, пре­вышающих предельные τ_lim=σtgj +с, они должны быть приняты равными предельным, а на остальных участках они должны быть пересчитаны.

 

Определение контактных напряжений для

сооружений на неоднородных

нескальных основаниях

 

6.8 Нормальные контактные напряжения, действующие по подошве сооружений на неодно­родных основаниях, определяются теми же мето­дами, что и для однородных оснований, по ука­заниям п. 6.4. При использовании методов теории упругости и теории пластичности неоднородность грунтов учитывается назначением соответствующих расчетных характеристик деформируемости и проч­ности для различных областей основания.

6.9 При определении контактных напряжений методом внецентренного сжатия для неоднородных оснований с вертикальными и крутопадающими слоями, в расчетах могут быть использованы:

- методы механики сплошной среды, в том числе численные методы решения задач;

- приближенные методы, в которых контакт­ные напряжения следует принимать пропорцио­нальными модулям деформации грунта каждого слоя в зависимости от их размеров и эксцентри­ситета приложения нагрузки с использо­ванием ме­тодики, изложенной в приложении 5. В пределах каждого слоя распределение контактных напряже­ний принимается линейным.

6.10 При наличии в основании слоев перемен­ной толщины или при наклонном залегании слоев в расчетах контактных напряжений используют:

- методы механики сплошной среды, в том числе численные методы;

- приближенные методы, основанные на при­ведении расчетной схемы основания со слоями пе­ременной толщины или при наклонном залегании слоев к схеме условного основания с вертикально расположенными слоями.

При горизонтальном расположении слоев грунта постоянной толщины неоднородность ос­нования может не учитываться.

6.11 При определении нормальных контакт­ных напряжений методами экспериментальных эпюр и коэффициента постели учет неоднород­ности основания следует производить путем сложения ординат эпюр, определенных в предполо­жении однородных оснований по пп. 6.4 и 6.6, с ординатами дополнительной эпюры.

Ординаты дополнительной эпюры следует принимать равными разности ординат эпюр, пост­роенных по методу внецентренного сжатия для случаев неоднородного и однородного оснований.

 

7 Расчет по деформациям

оснований сооружений и

плотин из грунтовых

материалов

 

7.1 Расчет оснований сооружений и плотин из грунтовых материалов по деформациям необхо­димо производить с целью выбора конструкций систем «сооружение – основание», перемещения которых (осадки, горизонтальные перемещения, крены, пово­роты вокруг горизонтальной оси и пр.) ограничены пределами, гарантирующими нормаль­ные условия эксплуатации сооружения в целом или его отдельных частей и обеспечивающими тре­буемую долговечность. При этом прочность и трещиностойкость конструкции должны быть подтверждены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии соору­жения с основанием.

Расчет по деформациям должен произ­водиться на основные сочетания нагрузок с учетом характера их действия в процессе строительства и эксплуатации сооружения (последовательности и скорости возведения сооружения, графика напол­нения водохранилища и т.д.).

Перемещения оснований сооружений, проис­ходящие в процессе строительства, допускается не учитывать, если они не влияют на эксплуатацион­ную пригодность сооружения.

7.2 Расчет по деформациям производится исходя из условия

 

S ≤ Su'                                 (37)

 

где S – совместная деформация основания и сору­жения (осадки s, горизонтальные перемещения u, кре­ны i, повороты вокруг вертикальной оси и др.), опре­деляемая расчетом по указаниям пп. 7.7, 7.8, 7.11 ÷ 7.14;

S_u – предельное значение совместной де­формации основания и сооружения устанав-ливаемое п. 7.3.

В случаях, оговоренных соответствующими нормами проектирования сооружений, допускается не производить проверку деформаций по формуле (37), если средние значения давления под по­дошвой не превышают расчетного сопротиления грунта основания R, определенного по СНиП РК 5.01-01-2002 с учетом в необходимых случаях дополнительных коэффи­циентов условий работы.

7.3 Предельные значения совместной де­формации основания и сооружения устанавли­ваются соответствующими нормами проекти­рования соору­жений, правилами технической экс­плуатации соору­жений, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование исходя из необходимости соблю­дения:

- технологических требований к деформа­циям сооружения, включая требования к нор­мальной эксплуатации оборудования;

- требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения.

При назначении необходимо учитывать до­пускаемую разность перемещений секций и частей сооружений, не приводящую к нарушению нор­мальной работы межсекционных швов, возмож­ность перелива воды через гребень плотины и нарушения нормальной эксплуатации связанных с сооружением коммуникаций и т.п.

7.4 Расчеты совместных деформаций сле­дует производить для условий пространственной задачи. Для сооружений, длина которых превышает ширину более чем в 3 раза, расчеты допускается производить для условий плоской деформации. В случае, когда ширина сооружения превышает толщину сжимаемой толщи Н_с, определенную по п. 7.9 в 2 раза и более, допускается расчет осадок произ­водить для условий одномерной (компрессионной) задачи.

7.5 При расчете по деформациям следует определять для грунтов всех категорий конечные (стабилизированные) перемещения, соответст­вующие завершенному процессу деформирования грунтов основания, а для глинистых грунтов, - кроме того, значения нестабилизированных пере­мещений, соответствующих незавершенному процессу деформирования (при коэффициенте сте­пени консолидации с⁰_υ<4) и перемещений, обу­словленных ползучестью грунтов основания.

 

П р и м е ч а н и е -  При сложном геологическом строении основания (наклонная слоистость, наличие линз, изменение характеристик деформируемости грунта по глубине, в плане и проч.) при неравномерном нагружении гибкого сооружения и в других случаях, усложняющих расчет, рекомендуется использовать численные методы решения [например, метод конечных элементов (МКЭ)].

При расчете сооружений III и IV классов до­пускается осреднение характеристик деформируемости грунта.

 

7.6 При расчете деформаций основания с ис­пользованием расчетных схем, не учитывающих обра­зование и развитие пластических деформаций, сред­нее давление под подошвой сооружения р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основа­ния R, определенного по СНиП РК 5.01-01-2002.

 

Расчет осадок сооружений

на нескальных основаниях

 

7.7 Конечную осадку сооружений s, располо­женных на нескальных основаниях, при среднем давлении под подошвой сооружений р, меньшем расчетного сопротивления грунта основания R, следует определять по методу послойного сум­мирования в пределах сжимаемого слоя Н_с (см.п. 7.9) по формуле:

 

(38)

 

где – дополнительное вертикальное нор­мальное напряжение в середине i-того слоя на глубине z_i основания от нагрузок и пригрузок (соседние сооружения, обратные засыпки и проч.) по вертикали, проходящей через центр подошвы сооружения, определяемое в соответствии с указаниями приложения 11;

σ_z,γ΄,i – напряжение в середине i–того слоя на глубине z от бытового давления на отметке подошвы фундамента;

γ΄ – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

h_i – толщина i-того слоя грунта;

E_p,i – модуль деформации i-того слоя грунта, определяемый по первичной ветви компрессионной кривой в соответствии с указаниями приложения 3;

E_s,i – модуль деформации i-того слоя грунта, определяемый аналогично по вторичной ветви компрессионной кривой;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания Н_с;

– коэффициент, определяемый в соот­ветствии с указаниями приложения 3.

 

П р и м е ч а н и е - При определении осадки верха (а также засыпки пазух) сооружений следует учитывать кроме осадки основания (включающей осадку от нагрузки в пределах ширины сооружения и пригрузки на основание вне ее) осадку от уплотнения и самоуплотнения насыпного грунта в основании и теле сооружения, а также от суффозии, оттаивания мерзлых грунтов и проч., определяемые по СНиП РК 5.01-01-2002.

 

7.8 При среднем давлении под подошвой сооружения p, большем расчетного сопротив­ления грунта основания R, осадку следует опре­делять численными методами, учитывающими упруго­пластический характер деформирования грунтов, пространственное напряженное состояние, пос­ледовательность возведения сооружения. Для приближенных расчетов осадку допускается определять в соответствии с указаниями прило­жения 12.

7.9 Расчетная глубина сжимаемого слоя основания Н_с определяется: при ширине подошвы сооружения b ≤ 20м – по СНиП РК 5.01-01-2002; при b > 20м – из условия равенства на нижней границе слоя вертикальных напряжений от внешней нагрузки σ_z,p половине вертикальных напряжений от собст­венного веса грунта σ_z,g с учетом фильтрационных сил и взвешивающего действия воды ниже уровня подземных вод. При расположении нижней границы слоя в грунте с Е < 5МПа (50 кг/см²) или при залегании такого грунта непосредственно ниже этой границы он включается в сжимаемую толщу. Нижнюю границу сжимаемого слоя в этом грунте следует определять исходя из условия σ_{z, p} = 0,2σ_z.

7.10 Нестабилизированная осадка s_t к моменту времени t определяется по формуле:

             (39)

где , – соответственно степень первичной и вторичной консолидации грунта;

, – должны определяться по ре­зультатам компрессионных испытаний грунта по дренированной схеме;

 – конечная осадка, определяемая в соот­ветствии с п. 7.7.

Степень первичной консолидации  опре­деляется по решениям одномерной, плоской или пространственной задач консолидации. Для соо­ру­жений III и IV классов допускается определять  согласно приложению 13. В случаях, когда поровое давление можно не учитывать, следует принимать = 1. Необходимость учета порового давления определяется согласно п. 3.13.

Степень вторичной консолидации  опре­деляется по решениям одномерной, плоской или пространственной задач с учетом свойств пол­зучести грунта. Для сооружений III и IV классов до­пускается определять  по формуле:

                             (40)

 

Расчет крена сооружений

на нескальных основаниях

 

7.11 Крен (наклон) сооружений следует опре­делять от внецентренно приложенной нагрузки в пределах ширины сооружения, от пригрузки осно­вания вне подошвы сооружения и от обжатия грунта засыпки в теле сооружения (для ячеистых конструкций без днища) при внецентренном при­ложении нагрузки.

7.12 Крен сооружений с прямоугольной по­дошвой, вызванный внецентренным приложением вертикальной нагрузки в пределах ширины сору­жения, в случае однородного и горизонтально-слои­стого основания без учета фильтрационных сил допускается определять:

- в направлении большей стороны подошвы сооружения по формуле:

 

                         (41)

- в направлении меньшей стороны подошвы сооружения по формуле:

                     (42)

где , – углы крена сооружения;

k₁, k₂ – безразмерные коэффициенты, опре­деляемые по рис.3;

, - моменты, действующие в вертикаль­ной плоскости, параллельной соответственно большей и меньшей сторонам прямоугольной подошвы;

l, b – соответственно длина и ширина подошвы сооружения;

ν, E_m – коэффициент поперечной дефор­мации и модуль деформации, определяемые в соответствии с приложением 3.

 

 

Рисунок 3 - Графики для определения коэффициентов К₁ и К₂.

 

7.13 Определение крена сооружения от пригрузки основания вне подошвы сооружения следует производить по формуле:

                        (43)

где s_A, s_B – осадка краев подошвы сооружений А и В (рис. 4), определяемая по указаниями  приложе­ния 11 при σ_z,p,i=αq и соответственно х_1,А=с+b и х_1,В=с;

b – ширина сооружения;

2с – ширина полосы пригрузки.

Пригрузку допускается аппроксимировать прямоугольной, треугольной или трапециидальной эпюрой в зависимости от формы засыпаемого котлована.

Рисунок 4 - Схема к определению крена

сооружения от пригрузки

 

Расчет горизонтальных перемещений

сооружений на нескальных основаниях

 

7.14 Горизонтальные перемещения сору­жений 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 приложения 14 (для конечных горизонтальных перемещений).

Допускается не производить проверку гори­зонтальных перемещений 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:

 

                    (44)

 

где , , – то же, что в формуле (39);

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

7.17 Предельные горизонтальные пере­мещения сооружения  не должны быть более 0,75  где  - горизонтальное перемещение сооружения, соот­ветствующее достижению предельного равновесия системы «сооружение – основание» по плоскому сдвигу и определяемое по формуле:

 

                                  (45)

где – предельное перемещение штампа;

А_pl – площадь штампа;

А – площадь фундамента сооружения;

n_i – параметр, определяемый в соответствии с указаниями 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 ее 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.

7.20 Расчетами определяют:

- строительные осадки s_c – 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_Σ – грунта тела плоти­ны и основания.

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

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

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

7.21 Для расчета приращения строительной высоты плотины из грунтовых материалов необхо­димо определять эксплуатационную осадку ее гребня. Дополнительный объем грунта, уклады­ваемый в тело плотины с учетом осадки, опреде­ляется по разности 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 следует произ­водить только для сооружений I класса.

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

На предварительных стадиях проектиро­вания (ТЭО, ТЭР) 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 () 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 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 мероприятия (устрой­ство дренажей, противофильтрационные экраны, замену части 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, следует предусматривать подготовку и выравнивание осно­вания, удаление растительного слоя, 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 соответствующем 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, должно быть пре­дусмотрено: удаление разрушенной скалы, отдель­но лежащих крупных камней, скоплений камней, разделка и бетонирование разведочных геологи­ческих и строительных выработок, крупных трещин.

При наличии в основании водонераство­римых, слабоводопроницаемых скальных грунтов, следует предусматривать выравнивание поверх­ности основания под подошвой водонепроницае­мого элемента плотины. В остальных случаях сле­дует, 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 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.

 

П р и м е ч а н и е - 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 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

основания

 

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, битумизация, силикатизация, глинизация, химические методы за­крепления, замораживание грунтов, механическое уплотнение, дренирование массива, устройство на­бивных свай и т. д.

Закрепление и уплотнение грунтов в осно­вании водопроводных 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.

 

П р и м е ч а  н и е -  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 стадиях предварительного проек­тирования (ТЭО, ТЭР), 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 стадиях ТЭО, ТЭР также устанав­ливается по аналогам. На стадиях рабочего 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 трещино-образования под напорной гра­нью, а также их наклона в сторону верхнего бьефа.

 

П р и м е ч а н и е -  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 небольших 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 бóльшим, 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

 

Т а б л и ц а 1 - Классификация по трещиноватости

 

 

Т а б л и ц а 2 - Классификация по водопроницаемости

 

 

Т а б л и ц а 3 - Классификация по деформируемости

 

 

Т а б л и ц а  4 - Классификация по степени выветрелости

 

 

Т а б л и ц а 5 - Классификация по характеру нарушения сплошности массива

 

 

Приложение 2

(обязательное)

 

Методика определения нормативных и расчетных значений характеристик прочности

tgj и c по результатам испытаний методами среза (сдвига) и трехосного сжатия

 

Нормативные значения характеристик tg_n и c_n по результатам испытаний методом среза вычисляются по формулам:

 

                (1)

 

                        (2)

 

При получении c_n<0 следует принять c_n=0, а значение tgj_n 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;

n – число парных значений , вклю­ченных в одну совокупность (n ≥ 6).

Для определения нормативных значений характеристик и c_n по результатам испытаний методом трехосного сжатия предварительно не­обходимо вычислить коэффициенты N и M по формулам:

 

(4)

 

                  (5)

 

При получении М<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  и  включенных в одну совокупность (n ≥  6).

Нормативные значения tgj_n и с_n по найден­ным значениям коэффициентов N и M следует определять по формулам:

 

    (7) и                (8)

 

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

(9) и                 (10)

 

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

При определении значений  и c_I по формулам (9) и (10) при использовании результа­тов испытаний методом среза коэффициент следует вычислять по формуле:

 

 

            (11)

 

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

 

       (12)

 

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

 

τ_n,min = c_n+σ_min tgj_n                  (13)

 

τ_{n,ma x}= c_n+σ_mах tgj_n                  (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 и σ_τ,mах должны вычисляться по формуле:

 

                       (15)

 

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

 

                                       (16)

 

=– при вычислении ;

=  – при вычислении σ_τ,mах..

 

      (17)

в формуле (17) n-2 следует заменить на n-1, если принято с_n=0, а значение tgj_n вычислено по формуле (3).

           (18)

 

где                                   (19)

 

 

                                        (20)

 

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

 

 

соответственно на

 

 

Значение коэффициента V при α = 0,95

 

 

Приложение 3

(обязательное)

 

Определение модулей деформации оснований

для расчета перемещений сооружений

 

1 В зависимости от видов сооружений и схем расчета перемещений принимаются различные зна­чения модулей деформации Е_i (E_p,i, E_s,i), E_m. За ис­ходные принимаются значения модулей, опреде­ленные компрессионными испытаниями или поле­выми опытами на штампах.

2 Модуль деформации i-того слоя Е_i следует определять по формулам:

 

                                   (1),

                      (2)

 

где - модуль деформации первичной () или вторичной () ветви компрессионной кривой, определенный по первичной ветви компрессионной кривой;

                                  (3),

 

m₀=m_c m_pl                                       (4)

 

 - коэффициент пористости грунта, соот­ветствующий напряжению от собственного веса грунта в середине i-того слоя основания σ₁=γ_II z_i;

 - коэффициент пористости грунта, соответствующий суммарному напряжению σ₂=γ_IIz_i+σ_c (σ_c – напряжение от веса сооружения в середине i-того слоя основания);

ν – коэффициент поперечного расширения грунта i-того слоя;

m_pl – коэффициент, принимаемый для пы­левато-глинистых грунтов равным отношению мо­дуля деформации, полученного при испытании грунтов штампами, к модулю деформации, полу­ченному при компрессионных испытаниях. При от­сутствии указанных данных коэффициент m_pl для пылевато-глинистых грунтов и полутвердой консис­тенции допускается принимать по рисунку в зависимости от коэффициента пористости е и показателя текучести I_L. Для пылевато-глинистых грунтов пластичных консистенций и песчаных грунтов коэффициент m_pl принимается равным 1;

m_c – коэффициент условий работы, опре­деляемый по формуле

                                   (5)

где А – площадь фундамента, м², определяемая для фундаментов с соотношением l/b ≤ 3 как А=lb, а для фундаментов с соотношением l/b > 3 – как А=3b²;

 

 

 

График для определения коэффициента m_pl

 

где       А - площадь фундамента, м², определяемая для фундаментов с соотношением l/b ≤ 3 как А=lb, а для фундаментов с соотношением l/b > 3 – как А=3b²;

А₀ – площадь, равная 1 м²;

n_i – параметр, определяемый по результа­там испытаний i-того слоя грунта двумя штампами различных площадей А₁ и А₂ под одной и той же нагрузкой по формуле:

 

                         (6)

 

В формуле (6):

 - приращение осадок штампов с площадями и от дополнительного давления по результатам испытаний i-того слоя.

При отсутствии данных штамповых испыта­ний допускается принимать следующие значения параметра  для грунтов:

- пылевато-глинистых ледниковых                 - 0,1-0,2

- остальных пылевато-глинистых    0,15 - 0,3

- песчаных                                             0,25 - 0,5

Минимальные или максимальные из ука­занных значений n_i следует принимать, если сжимаемый слой основания определяется, исходя из условий = 0,5или = 0,2 соответственно  (см. п. 7.9). При промежуточных значениях глубины сжимаемого слоя значения n_i принимают по интерполяции.

3 Средний модуль деформации всего сжи­маемого слоя Е_m следует определять по формуле:

 

                             (7)

 

где – то же, что в формуле (1);

 – толщина i-того слоя грунта;

– коэффициент, определяемый по  приложению 11 для глубины z_i, соот­ветствующей середине i-того слоя.

4 При расчетах осадок грунтовых плотин в формуле (1) рекомендуется принимать β=1 и m₀=1. Значение модуля деформации Е_i, полученное таким образом, должно быть уточнено натурными измере­ниями на опытных насыпях или на реальных сооружениях.

 

Приложение 4

(рекомендуемое)

 

Расчет устойчивости бетонных сооружений на скальных основаниях

по схеме предельного поворота (опрокидывания)

 

1 В соответствии с п.3.20 при расчетах ус­тойчивости бетонных сооружений по схеме пре­дельного поворота (опрокидывания) следует рас­сматривать возможность нарушения прочности основания на смятие под низовой гранью соору­жения при его повороте и наклоне, вызванном дей­ствием опрокидывающих сил, при этом необходимо соблюдать условие (19):

 

 

где γ_lc, γ_c, γ_n – то же, что в условии (19);

М_t, M_r – суммы моментов сил, стре­мящихся соответственно опрокинуть и удержать сооружение, относительно оси О_с, расположенной посредине площадки смятия ВС (см. рис.). Моменты определяются от каждого силового воздействия в целом, а не от его составляющих. Допускается разлагать силы на горизонтальные и вертикальные составляющие, но относить их к опрокидывающим и удерживающим надлежит в соответствии с тем, к какому направлению относится момент всей силы.

 

 

 

О_с – середина площадки смятия ВС;

О΄_с – середина площадки смятия DC΄ при наличии упора.

 

Схема к расчету устойчивости сооружения по предельному повороту (опрокидыванию).

 

В случае, представленном на чертеже, в М_r следует включать моменты веса сооружения G и давления воды W₂ с низовой стороны, в М_t – моменты давления воды W₁ с верховой стороны, давления наносов Е₁, противодавления U_tot и сейсмических сил Р_eq.

Положение оси О_c находится по формулам:

 

;                                                   (1)

;                (2)

 

где       Р – результирующая удерживающих сил;

b – ширина секции сооружения вдоль напорного фронта или толщина контрфорса;

h – плечо силы Т, определяемой как резуль­тирующая опрокидывающих сил относительно реб­ра низовой грани В;

l – плечо силы Р относительно ребра низовой грани В;

ω – угол между отрезками прямых а_с и d_c, ориентированных нормально к силам Р и Т;

R_cs,m – расчетное значение характеристики прочности скального основания на смятие.

 

П р и м е ч а н и я

1 Допускается в формулах (1) и (2) принимать Р и Т, как результирующие соответственно вертикальных и горизонтальных сил, а ω=90°.

2 При R_cs,m>20σ (σ – среднее нормальное напря­жение по подошве сооружения) допускается рассчитывать устойчивость бетонных сооружений по схеме опроки­дывания относительно ребра низовой грани В.

 

2 При наличии с низовой стороны сооруже­ния скального упора (на рисунке пунктирная линия) положение оси О_c следует находить по формулам (1) и (2) настоящего приложения, откладывая величины а_с и d_c от точки D пересечения низовой грани сооружения с поверхностью скалы.

 

П р и м е ч а н и е -  При отсутствии плотного контакта между низовой гранью сооружения и скальным упором последний в расчете не учитывается и расчет ведется по схеме п.1.

 

3 Частные значения характеристики прочнос­ти скального основания на смятие следует, как правило, определять по результатам полевых опытов, проводимых методом нагружения штампов, прибетонированных к скальному основанию, по формуле:

 

                                  (3)

 

где  - соответственно среднее нормальное и предельное касательное напряжения по подошве бетонного штампа при достижении им предельного равновесия;

А_pl – площадь подошвы штампа;

l, h – плечи сил Р и Т_lim относительно низового края подошвы штампа;

b – ширина штампа в направлении сдвига.

 

П р и м е ч а н и е - Рекомендуется прово­дить полевые опыты при значениях σ≥ 0.05R_cs,m.

 

4 Нормативные и расчетные значения харак­теристик прочности скального основания на смятие R_cs,m,n и R_cs,m,I  следует определять в соответствии с п. 2.14.

5 Для оснований сооружений I и II классов при простых инженерно-геологических условиях на

стадии технико-экономического обоснования строи­тельства, а для оснований сооружений III и IV классов - на всех стадиях проектирования ра­счетные значения характеристик прочности на смя­тие R_cs,m,I допускается принимать по таблице: