Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ

Купить СТО 17330282.27.140.002-2008 — официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Объектами регулирования Стандарта являются гидротехнические сооружения и связанные с ними процессы их проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию. Стандарт регулирует отношения, возникающие при применении и исполнении в процессе проектирования требований к гидротехническим сооружениям, обеспечивающих безопасность их эксплуатации, технического обслуживания, консервации и ликвидации.

Оглавление

Введение
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Обозначения и сокращения
5 Основные нормативные положения, регламентирующие условия создания гидротехнических сооружений
6 Приемка гидротехнических сооружений в эксплуатацию
Библиография
Приложение А (обязательное) Правила проектирования оснований гидротехнических сооружений
Приложение Б (обязательное) Правила проектирования плотин из грунтовых материалов
Приложение В (обязательное) Правила проектирования бетонных и железобетонных плотин
Приложение Г (обязательное) Правила проектирования бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений
Приложение Д (обязательное) Правила проектирования гидротехнических сооружений в сейсмических районах
Приложение Е (обязательное) Правила производства бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений
Приложение Ж (обязательное) Основные расчетные положения при проектировании гидротехнических сооружений
Приложение И (рекомендуемое) Проектирование рыбозащитных и рыбоохранных устройств

Показать даты введения Admin

Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации

"ЕЭС России"

СТАНДАРТ
ОРГАНИЗАЦИИ
ОАО РАО «ЕЭС РОССИИ»

СТО
17330282.27.140.002-2008

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ГЭС И ГАЭС.
УСЛОВИЯ СОЗДАНИЯ.
НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ

Дата введения - 2008 - 04 - 15

ОАО РАО «ЕЭС России»

2008

РОССИЙСКОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

«ЕЭС РОССИИ»

ПРИКАЗ

14.03.2008                                                                                                                       № 108

Об утверждении и вводе в действие

Стандарта организации ОАО РАО «ЕЭС России»

«Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС.

Условия создания. Нормы и требования»

В соответствии с решением Правления ОАО РАО «ЕЭС России» (протокол заседания от 22.11.2004 № 1106пр/2), НП «Гидроэнергетика России» разработан стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России» «Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания.. Нормы и требования».

Проект стандарта прошел процедуры, предусмотренные «Положением о порядке разработки, рассмотрения и утверждения технических стандартов организации корпоративного уровня в ОАО РАО «ЕЭС России». Центральная комиссия ОАО РАО «ЕЭС России» по техническому регулированию приняла решение об утверждении Стандарта (протокол от 11.12. 2007 № 9).

ПРИКАЗЫВАЮ:

1. Утвердить Стандарт ОАО РАО «ЕЭС России» СТО 17330282.27.140.002-2008 «Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования» (далее - Стандарт) согласно приложению 1.

2. Ввести Стандарт в действие с 15 апреля 2008 года.

3. Бизнес-единице «Гидрогенерация» (Синюгину В.Ю.), Бизнес-единице № 1 (Чикунову А.В.), Бизнес-единице «Сервис» (Воронину В.П.) обеспечить рассмотрение Советами директоров ДЗО ОАО РАО «ЕЭС России» (далее - ДЗО), а так же Советами директоров обществ дочерних и зависимых по отношению к ДЗО (далее - ВЗО) вопроса о присоединении указанных ДЗО/ВЗО к Стандарту.

4. Установить, что решение Совета директоров ДЗО/ВЗО по вопросу «О присоединении к Стандарту» должно содержать указание на присоединение ДЗО/ВЗО к Стандарту и положение о том, что Стандарт является локальным нормативным актом ДЗО/ВЗО.

5. Отменить действие в Холдинге нормативных документов согласно Приложению 2 и исключить их из Реестра действующих в электроэнергетике НТД, утвержденного приказом ОАО РАО «ЕЭС России» от 14.08.2003 г. № 422 «О пересмотре нормативно-технических документов (НТД) и порядке их действия в соответствии с ФЗ «О техническом регулировании».

6. Руководителям Бизнес-единицы «Гидрогенерация», Бизнес-единицы № 1, Бизнес-единице «Сервис» обеспечить до 30 апреля 2008 г. внесение изменений в действующую нормативную и техническую документацию с учетом требований Стандарта.

7. Некоммерческому партнерству «ИНВЭЛ» (Левцеву A.M.), Дирекции организации, методологии конкурсных закупок и стандартизации (Романову А.А.) обеспечить регистрацию и учет Стандарта в системе Информационного фонда по техническому регулированию и внести в реестр документов по техническому регулированию в электроэнергетике.

8 . Департаменту по взаимодействию со СМИ (Нагога М.Г.), Дирекции организации, методологии конкурсных закупок и стандартизации (Романову А.А.) обеспечить размещение на сайте ОАО РАО «ЕЭС России» уведомления об утверждении и вводе в действие Стандарта в соответствии с действующим порядком.

9. Контроль за исполнением настоящего приказа возложить на члена Правления, заместителя технического директора - главного технического инспектора ОАО РАО «ЕЭС России» Паули В.К.

Заместитель

Председателя Правления                                                                                    Я.М. Уринсон

Приложение 1

к приказу от 14.03.2008 № 108

ПЕРЕЧЕНЬ

нормативно-технических документов подлежащих отмене в связи с вступлением в действие стандарта организации «Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования»

№ №

№ в Реестре

Наименование документа

1

754

СО 153-34.21.201 (РД 34.21.201). Инструктивные указания по определению параметров и производству буровзрывных работ у нижнего контура котлованов ответственных гидротехнических сооружений

2

755

СО 153- 34.21.202 (РД 34.21.202). Руководство по применению монолитно-прессованного бетона для обделок гидротехнических тоннелей

3

756

СО 153- 34.21.203 (РД 34.21.203). Основные положения по строительству гидротехнических тоннелей буровзрывным способом

4

802

СО 24-109-49 (ТУ 24-109-49). Технические условия и нормы проектирования гидротехнических сооружений. Водоприемники с открытым водозабором деривационных гидроэлектростанций

5

803

СО 24-110-48 (ТУ 24-110-48). Технические условия и нормы проектирования гидротехнических сооружений. Отстойники гидроэлектростанций

6

804

СО 116-50 (ТУ 116-50). Технические условия и нормы проектирования гидротехнических сооружений. Инструкция по возведению земляных сооружений способом малой укатки

7

806

СО 153-34.2.06.4-82 (СНиП 2.06.04-82). - Строительство в сейсмических районах

8

807

СО 153-34.11.-7-2003 (СНиП II-7-81). Гидротехнические сооружения в сейсмических районах

9

809

СО 34 2.06.05-84 (СНиП 2.06.05-84). Плотины из грунтовых материалов

10

810

СО 153-34. 2.02.02-2003 (СНиП 2.02.02-85). Основания гидротехнических сооружений

11

811

СО 34 2.06.06-85 (СНиП 2.06.06-85). Плотины бетонные и железобетонные

12

812

СО 153-34.2.06.01-2003 (СНиП 2.06.01-86). Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования

13

813

СО 34 2.06.08-87 (СНиП 2.06.08-87). Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения стандарта организации - ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения".

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН НП «Гидроэнергетика России», ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева».

2. ВНЕСЕН НП «Гидроэнергетика России»

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом ОАО РАО «ЕЭС России» от 14.03.08 № 108

4. ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ

Содержание

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Обозначения и сокращения

5 Основные нормативные положения, регламентирующие условия создания гидротехнических сооружений

5.1 Правила и нормы проектирования гидротехнических сооружений

5.1.1 Нормы и требования при проектировании оснований гидротехнических сооружений

5.1.2 Нормы и требования при проектировании грунтовых плотин

5.1.3 Нормы и требования при проектировании бетонных и железобетонных плотин

5.1.4 Нормы и требования при проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений

5.1.5 Нормы и требования при проектировании водопропускных сооружений

5.1.6 Нормы и требования при проектировании береговых, сопрягающих и раздельных устоев и стен

5.1.7 Нормы и требования при проектировании гидротехнических сооружений в сейсмических районах

5.2 Правила производства работ при возведении гидротехнических сооружений

6 Приемка гидротехнических сооружений в эксплуатацию

Библиография

Приложение А (обязательное) Правила проектирования оснований гидротехнических сооружений

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения (в дополнение к разделу 3 Стандарта)

4 Общие положения

5 Номенклатура грунтов оснований и их физико-механические характеристики

6 Инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований

7 Расчеты устойчивости (несущей способности)

7.1 Основные положения

7.2 Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях

7.3 Расчет устойчивости сооружений на скальных основаниях

8 Фильтрационные расчеты основания

9 Расчет местной прочности скальных оснований

10 Определение напряжений

11 Расчет по деформациям оснований и грунтовых сооружений

12 Инженерные мероприятия по обеспечению надежности оснований

Приложение А.1 (рекомендуемое) Классификация массивов грунтов

Приложение А.2 (справочное) Основные буквенные обозначения

Приложение А.3 (обязательное) Определение контактных напряжений для сооружений на однородных песчаных основаниях методом экспериментальных эпюр

Сведения о разработчиках

Приложение Б (обязательное) Правила проектирования плотин из грунтовых материалов

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Общие положения

5 Земляные насыпные плотины

6 Земляные намывные плотины

7 Каменноземляные и каменно-набросные плотины

8 Требования к охране окружающей среды

9 Основные положения расчета плотин

10 Обоснование необходимости ремонта (реконструкции) плотин. Виды ремонтных работ

Приложение Б.1 (справочное) Термины и определения, применяемые при строительстве грунтовых плотин

Приложение Б.2 (рекомендуемое) Графики сравнительной экономической оценки отдельных видов грунтовых плотин

Приложение Б.3 (рекомендуемое) Условия необходимости учета порового давления

Приложение Б.4 (обязательное) Контроль состояния сооружений и оснований в период строительства и эксплуатации

Приложение Б.5 (рекомендуемое) Теплофизические характеристики грунта

Приложение Б.6 (рекомендуемое) Конструкция плотин, возводимых способом отсыпки грунтов в воду

Приложение Б.7 (рекомендуемое) Определение крутизны волноустойчивого неукрепленного откоса плотин из песчаного грунта при «профилединамического равновесия»

Приложение Б.8 (рекомендуемое) Конструкция сопряжения грунтовых противофильтрационных устройств со скальным основанием

Приложение Б.9 (рекомендуемое) Потери грунта при намыве земляных плотин

Приложение Б.10 (рекомендуемое) Расчет нормы отмыва грунта при возведении земляных намывных плотин

Приложение Б.11 (рекомендуемое) Расчеты границ зон фракционирования и осредненного зернового состава намытого грунта в поперечном сечении плотины

Приложение Б.12 (рекомендуемое) Проектирование плотин со стальными диафрагмами

Приложение Б.13 (рекомендуемое) Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

Приложение Б.14 (рекомендуемое) Особенности расчета асфальтобетонных диафрагм и их влияния на работу плотины

Приложение Б.15 (справочное) Основные виды нарушений в плотинах из грунтовых материалов и способы их ремонта

Приложение В (обязательное) Правила проектирования бетонных и железобетонных плотин

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Общие положения

5 Требования к строительным материалам

6 Общие конструктивные требования

7 Нагрузки, воздействия и их сочетания

8 Основные положения по расчетам плотин

9 Бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях

10 Гравитационные плотины на скальных основаниях

11 Контрфорсные плотины на скальных основаниях

12 Арочные и арочно-гравитационные плотины

13 Обеспечение безопасности плотин

Приложение В.1 (справочное) Основные буквенные обозначения

Приложение В.2 (обязательное) Сочетание нагрузок

Приложение Г (обязательное) Правила проектирования бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений

1 Область применения

2 Термины и определения

3 Общие положения

4 Материалы для бетонных и железобетонных конструкций

5 Конструктивные требования

6 Основные расчетные положения

7 Расчеты прочности и выносливости элементов бетонных и железобетонных конструкций

8 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по образованию и раскрытию трещин и по деформациям

9 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия

Приложение Г.1 (справочное) Основные буквенные обозначения

Приложение Г.2 (рекомендуемое) Характеристики бетона для расчета конструкций на температурные воздействия

Приложение Г.3 (рекомендуемое) Области рационального применения добавок для бетонов гидротехнических сооружений

Приложение Г.4 (справочное) Номограмма для определения коэффициента k для расчета прочности бетонных элементов таврового, двутаврового и коробчатого сечений

Приложение Г.5 (справочное) Номограмма для определения коэффициента Ki для расчета прочности железобетонных элементов по главным растягивающим напряжениям

Приложение Г.6 (справочное) Номограмма для определения коэффициента жесткости нетрещиностойких участков элементов прямоугольного сечения, рассчитываемых по раскрытию трещин

Приложение Д (обязательное) Правила проектирования гидротехнических сооружений в сейсмических районах

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Обозначения и сокращения

5 Общие положения. Определение нормативной, исходной и расчетной сейсмичности

6 Учет сейсмических воздействий и определение их характеристик

7 Расчеты сооружений на сейсмические воздействия

8 Мероприятия по повышению сейсмостойкости гидротехнических сооружений

9 Геодинамический мониторинг гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации

Приложение Д.1 (рекомендуемое)

Приложение Е (обязательное) Правила производства бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений

1 Общие положения

2 Общие требования к организации и производству бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений

3 Приготовление бетонной смеси

4 Транспортирование бетонной смеси

5 Подача бетонной смеси в блоки бетонирования

6 Опалубочные работы

7 Подготовка блоков к бетонированию

8 Укладка и уплотнение бетонной смеси

9 Уход за бетоном

10 Регулирование температурного режима и термонапряженного состояния бетона массивных сооружений

11 Производство бетонных работ в зимних условиях

12 Контроль качества бетона и бетонных работ

Приложение Е.1 Рекомендации по выбору и применению добавок к бетонам гидротехнических сооружений

Приложение Е.2 Технические характеристики отечественных специальных механизмов и устройств, применяемых при бетонных работах

Приложение Е.3 Технологические карты на основные виды работ

Сведения о разработчиках

Приложение Ж (обязательное) Основные расчетные положения при проектировании гидротехнических сооружений

1 Назначение класса гидротехнических сооружений

2 Нагрузки, воздействия и их сочетания

3 Обоснование надежности и безопасности гидротехнических сооружений

Приложение Ж.1 (обязательное) Классы гидротехнических сооружений

Приложение Ж.2 (рекомендуемое) Перечень нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения

Приложение Ж.3 (обязательное) Значения коэффициента надежности по нагрузке γf при расчетах по предельным состояниям первой группы

Сведения о разработчиках

Приложение И (рекомендуемое) Проектирование рыбозащитных и рыбоохранных устройств

Сведения о разработчиках

Введение

Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России» «Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования» (далее - Стандарт) разработан в соответствии с требованиями Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

Стандарт направлен на повышение безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений ГЭС и ГАЭС.

При разработке Стандарта использованы относящиеся к области его применения действовавшие в электроэнергетике нормативно-технические документы или отдельные разделы этих документов. В Стандарт включены апробированные, подтвержденные опытом эксплуатации технические нормы, методики и рекомендации по эксплуатации гидротехнических сооружений, уточнены применительно к гидроэлектростанциям действующие порядок и правила работы при осуществлении технического обслуживания ГТС.

Требования Стандарта исходят из комплексной оценки элементов сооружений и их конструктивных узлов на работоспособность и безопасность гидроэнергообъекта в целом.

Установленные Стандартом нормы и требования при техническом обслуживании гидротехнических сооружений учитывают подтвержденные опытом эксплуатации потенциальные опасности и сценарии развития опасных ситуаций с учетом требований безопасности.

В Стандарте не рассмотрены требования и нормы технического обслуживания механического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), которые сформулированы в других стандартах.

Стандарт должен быть пересмотрен в случаях ввода в действие новых технических регламентов и национальных стандартов, содержащих не учтенные в Стандарте требования, а также при необходимости введения новых требований и рекомендаций, обусловленных развитием новой техники.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО РАО «ЕЭС РОССИИ»

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ГЭС И ГАЭС.

УСЛОВИЯ СОЗДАНИЯ. НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ

Дата введения - 15 апреля 2008 года

1 Область применения

1.1 Объектами регулирования Стандарта являются гидротехнические сооружения и связанные с ними процессы их проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию. Стандарт регулирует отношения, возникающие при применении и исполнении в процессе проектирования требований к гидротехническим сооружениям, обеспечивающих безопасность их эксплуатации, технического обслуживания, консервации и ликвидации.

1.2 Требования Стандарта распространяются на следующие виды гидротехнических сооружений:

- водоподпорные речные сооружения (плотины, в том числе бетонные, грунтовые, смешанные и другие, дамбы), подпорные сооружения технологических водоемов, ограждающие дамбы бассейнов суточного регулирования и водохранилищ гидроаккумулирующих электростанций);

- водозаборные сооружения (водозаборы);

- водопропускные сооружения (водосбросы - в т.ч. водосбросные плотины, быстротоки, ступенчатые перепады, трубчатые и туннельные водосбросы; водоспуски и водовыпуски);

- регулирующие сооружения (шлюзы-регуляторы, вододелители);

- водоводы (подводящие и отводящие каналы, акведуки, дюкеры, туннели, трубопроводы);

- сопрягающие сооружения;

- защитные сооружения (ограждающие дамбы, дамбы обвалования, русловыправительные и берегоукрепительные сооружения, противоселевые и ледозащитные сооружения);

- специальные сооружения (отстойные бассейны, шуго- и ледосбросы, сороудерживающие, рыбопропускные, рыбозащитные, рыбоспускные и др);

- подпорные стены, береговые, сопрягающие и раздельные устои и стены.

1.3 Стандарт не распространяется на сооружения зданий ГЭС, ГАЭС и насосных станций, механическое оборудование гидротехнических сооружений, относящиеся к сфере действия иных стандартов организации ОАО РАО «ЕЭС России», а также на гидротехнические сооружения, не являющиеся имущественными объектами субъектов ОАО РАО «ЕЭС России» (причалы, судоходные шлюзы и судоподъемники, рыбоподъемники, лесосплавные и другие сооружения).

1.4 Субъектами, на которые распространяется действие Стандарта, являются все организации (общества, компании), входящие в структуру ОАО РАО «ЕЭС России», осуществляющие функции заказчика проектных, строительных, монтажных работ, при поставке оборудования, устройств и иной продукции для создания новых и реконструкции находящихся в эксплуатации гидротехнических сооружений, а также:

- проектные, конструкторские, научно-исследовательские организации, разрабатывающие проекты, проводящие исследования по обоснованию проектных решений для нового строительства и реконструкции гидротехнических сооружений;

- строительные, монтажные, промышленные и иные организации, в любой форме привлекаемые заказчиком к созданию новых или к реконструкции эксплуатируемых гидротехнических сооружений;

- специализированные организации, осуществляющие экспертный анализ проектов гидротехнических сооружений и в установленном порядке участвующие в контроле безопасности строящихся и вводимых в эксплуатацию гидротехнических сооружений.

1.5 Требования Стандарта обязательны для применения организациями, в установленном порядке на добровольной основе присоединившимися к Стандарту; в иных случаях соблюдение требований Стандарта другими субъектами хозяйственной деятельности должно быть предусмотрено в договоре (контракте) между заказчиком - субъектом применения Стандарта и исполнителем заказываемых работ и услуг, изготовителем (поставщиком) продукции.

1.6 При выполнении требований Стандарта следует также учитывать требования следующих стандартов организации ОАО РАО «ЕЭС России»:

- общие требования к созданию гидроэлектростанций установлены в нормах и требованиях [6];

- требования к созданию зданий ГЭС и ГАЭС установлены в нормах и требованиях [4];

- требования к созданию механического оборудования гидротехнических сооружений установлены в нормах и требованиях [7];

- требования к созданию контрольно-измерительных систем и аппаратуры гидротехнических сооружений установлены в нормах и требованиях [9];

- требования к организации эксплуатации и технического обслуживания гидротехнических сооружений ГЭС и ГАЭС установлены в нормах и требованиях [8];

- требования к организации эксплуатации и технического обслуживания контрольно-измерительных систем и аппаратуры гидротехнических сооружений установлены в нормах и требованиях [10].

2 Нормативные ссылки

В Стандарте использованы следующие законодательные акты, национальные стандарты и нормативные правовые документы:

Федеральный закон от 27.12.2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании»

Федеральный закон от 26.03.2003 г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике»

Федеральный закон от 27.04.1993 г. № 4871-1 (ред. от 10.01.2003 г.) «Об обеспечении единства измерений»

Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 г. № 74-ФЗ.

Федеральный закон от 21.07.1997 г. № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений»

Федеральный закон от 21.12.1994 г. № 68 «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»

Федеральный Закон РФ «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 05.02.2007)

Федеральный Закон РФ «Градостроительный кодекс Российской Федерации» от 29.12.2004 № 190-ФЗ (ред. от 05.02.2007)

Федеральный закон РФ «О внесении изменений в Градостроительный кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 18.12.2006 г. № 232-ФЗ

Постановление Правительства РФ от 11.07.2001 г. № 526 «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации»

Постановление Правительства РФ от 06.10.1998 г. № 1303 «Об утверждении Положения о декларировании гидротехнических сооружений»

ГОСТ Р 1.0-2004 Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения

ГОСТ Р 1.4-2004 Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организации. Общие положения

ГОСТ Р 1.5-2004 Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты национальные Российской Федерации. Правила построения, изложения, оформления и обозначения

ГОСТ Р 1.12-2004 Стандартизация в Российской Федерации. Термины и определения

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ 6727-80 Проволока из низко углеродистой стали для армирования железобетонных конструкций

ГОСТ 7473-94 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытания нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости

ГОСТ 10060-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний

ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ 10922-90 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) состава

ГОСТ 12730.0-78 Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости

ГОСТ 13015-83 Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Общие технические требования. Приемка

ГОСТ 13087-81 Бетоны. Методы определения истираемости

ГОСТ 14098-91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкция и размеры

ГОСТ 17623-87 Бетоны. Радиоизотопный метод определения средней плотности

ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности

ГОСТ 17625-83 Конструкции и изделия железобетонные. Радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматуры

ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности

ГОСТ 20276-85 Грунты. Метод полевого определения характеристик деформируемости

ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия

ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля

ГОСТ 22783-77 Бетоны. Метод ускоренного определения прочности на сжатие

ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры

ГОСТ 23278-78 Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости

ГОСТ 23478-79 Опалубка для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия

ГОСТ 23858-79 Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Правила приемки.

ГОСТ 24211-2003 Добавки для бетонов. Общие технические требования

ГОСТ 24316-80 Бетоны. Метод определения тепловыделения при твердении

ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 25137-82 Материалы нерудные строительные, щебень и песок плотные из отходов промышленности, заполнители для бетона пористые

ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 25589-83 Щебень, гравий и песок для строительных работ. Методы определения содержания сернокислых и сернистых соединений

ГОСТ 25592-91 Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия

ГОСТ 25781-83 Формы стальные для изготовления железобетонных изделий. Технические условия

ГОСТ 25818-91 Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия

ГОСТ 26263-84 Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов

ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 26644-85 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия

ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора составов

ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

ГОСТ 30459-2003. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности

ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Введены в действие 01.10.2003.

Примечание - При пользовании Стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В Стандарте применены термины по следующим законодательным и нормативно-правовым документам:

Федеральный Закон РФ «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21 июля 1997 г. № 117-ФЗ

ГОСТ 19179-73. Гидрология суши. Термины и определения

ГОСТ 19431-84. Энергетика и электрификация. Термины и определения

СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения

СО 34.21.307-2005 Безопасность гидротехнических сооружений. Основные понятия. Термины и определения

СО 34.21.308-2005. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения,

а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 безопасность гидротехнического сооружения: Свойство гидротехнического сооружения, определяющее его защищенность от внутренних и внешних угроз или опасностей и препятствующее возникновению на объекте источника техногенной опасности для жизни, здоровья и законных интересов людей, состояния окружающей среды, хозяйственных объектов и собственности.

3.1.1 показатели безопасности гидротехнического сооружения: Количественные показатели, характеризующие вероятности реализации либо нарушения установленных критериев безопасности гидротехнического сооружения.

3.1.2 уровень безопасности гидротехнического сооружения: Степень соответствия состояний гидротехнического сооружения и окружающей среды установленным критериям безопасности, принятым с соблюдением действующих норм проектирования, а квалификации эксплуатационного персонала и действий собственника (эксплуатирующей организации) - требованиям правил технической эксплуатации и действующего законодательства по техногенной и экологической безопасности.

3.1.3 нормальный уровень безопасности гидротехнического сооружения: Уровень безопасности гидротехнического сооружения, при котором значения критериев безопасности не превышают предельно допустимых для работоспособного состояния сооружения и основания, а эксплуатация осуществляется в соответствии с проектом и правилами эксплуатации без нарушений действующих законодательных актов, норм и правил, а также предписаний органов надзора.

3.1.4 пониженный уровень безопасности гидротехнического сооружения: Уровень безопасности гидротехнического сооружения, собственник (эксплуатирующая организация) которого допускает нарушения правил технической эксплуатации, невыполнение первоочередных мероприятий или неполное выполнение предписаний органов государственного надзора по обеспечению безопасности гидротехнического сооружения.

3.1.5 неудовлетворительный уровень безопасности гидротехнического сооружения: Уровень безопасности гидротехнического сооружения, эксплуатирующегося в условиях снижения механической или фильтрационной прочности, превышения предельно допустимых значений критериев безопасности для работоспособного состояния, других отклонений от проектного состояния, способных привести к возникновению аварии.

3.1.6 критический уровень безопасности гидротехнического сооружения: Уровень безопасности гидротехнического сооружения, эксплуатация которого происходит в условиях развивающихся процессов снижения прочности и устойчивости элементов конструкции и основания, превышения предельно допустимых значений критериев безопасности, характеризующих переход от частично неработоспособного к неработоспособному состоянию гидротехнического сооружения либо его основания.

3.2 водобой: Крепление русла за водопропускным сооружением, на котором происходит гашение основной части избыточной кинетической энергии потока и которое воспринимает его динамическое воздействие.

3.3 водоприемник: Часть водопропускного сооружения, служащая для непосредственного приема воды из водного объекта.

3.4 гидротехническое сооружение, гидросооружение: Сооружение, подвергающееся воздействию водной среды, предназначенное для использования и охраны водных ресурсов, предотвращения вредного воздействия вод, в том числе загрязненных жидкими отходами.

3.5 гидротехнический туннель, туннель: Водовод замкнутого поперечного сечения, устроенный в горных породах без вскрытия вышележащего массива.

3.6 гидротехнический отстойник, отстойник: сооружение, служащее для осаждения содержащихся в воде наносов и последующего их удаления.

3.7 гидродинамическая авария: Авария на гидротехническом сооружении, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.

3.8 государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений: Организация и проведение уполномоченными государственными органами исполнительной власти периодических инспекций (проверок) гидротехнических сооружений с целью установления соответствия их состояния и уровня эксплуатации требованиям безопасности, включая правила техники безопасности, требованиям норм и правил технической эксплуатации, экологическим нормативам, а также с целью проверки деятельности собственников (эксплуатационных организаций) гидротехнических сооружений по обеспечению и поддержанию их безопасности, в том числе исполнения предписаний предыдущих инспекций в установленном Законом Российской Федерации «О безопасности гидротехнических сооружений» порядке.

3.9 дамба: Гидротехническое сооружение для защиты территории от затопления, ограждения искусственных водоемов и водотоков, направленного отклонения потока воды.

3.10 декларация безопасности гидротехнического сооружения: Документ, составляемый собственником гидротехнического сооружения или эксплуатирующей организацией, а проектируемых и строящихся гидротехнических сооружений - юридическим лицом или физическим лицом, выполняющим функции заказчика, для предъявления органу надзора за промышленной безопасностью, в котором обосновывается безопасность гидротехнического сооружения и определяются меры по ее обеспечению в соответствии с классом сооружения.

3.11 деривация: Совокупность сооружений, осуществляющих отвод воды из естественного русла или водохранилища с целью создания сосредоточенного перепада уровней воды.

3.12 дренаж: Устройство для частичного или полного перехвата фильтрационного потока в основании или внутри водоподпорного сооружения, сбора и отвода профильтровавшихся вод.

3.13 канал: Водовод незамкнутого поперечного сечения в виде искусственного русла в грунтовой выемке и/или насыпи.

3.14 критерии безопасности гидротехнического сооружения: Предельные значения количественных и качественных диагностических показателей состояния гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации, соответствующие допустимому уровню риска аварии гидротехнического сооружения и утвержденные в установленном порядке федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений.

3.15 консервация гидротехнического сооружения: Комплекс мероприятий, направленных на полное прекращение выполнения гидротехническим сооружением функций по регулированию использования водных ресурсов и защите от вредного воздействия вод и осуществление комплекса организационных и технических мер, обеспечивающих безопасность гидротехнического сооружения, его материальную сохранность, предотвращение его разрушения, а также его работоспособность после расконсервации.

3.16 ликвидация гидротехнического сооружения: Комплекс мероприятий по демонтажу, сносу и перепрофилированию гидротехнического сооружения, приведению занимавшейся им территории, включая соответствующую часть водного объекта, в состояние, безопасное для людей и окружающей среды.

3.17 надежность гидротехнического сооружения: Интегральное свойство гидротехнического сооружения, характеризующее его способность выполнять требуемые функции при установленных режимах и условиях эксплуатации, технического обслуживания и ремонта в течение заданного периода времени, сохраняя при этом в установленных пределах значения всех параметров, определяющих эти функции.

3.18 напор на сооружение: Разность между полной удельной энергией потока в верхнем бьефе и удельной потенциальной энергией в нижнем бьефе (разница уровней воды в верхнем и нижнем бьефах).

3.19 напорный бассейн: Водоем для сопряжения безнапорной деривации (канала, туннеля, лотка) с турбинными трубопроводами деривационной ГЭС.

3.20 плотина: Водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и (иногда) долину водотока для подъема уровня воды.

3.20.1 арочная плотина: Криволинейная в плане бетонная плотина, устойчивость которой обеспечивается, в основном, путем опирания на скальные береговые массивы.

3.20.2 арочно-гравитационная плотина: Криволинейная в плане бетонная плотина, устойчивость которой обеспечивается как путем опирания на скальные береговые массивы, так и силами сопротивления сдвигу, зависящими от веса сооружения, глухая плотина: Плотина или ее часть, в которой отсутствуют устройства для пропуска воды.

3.20.3 водосбросная плотина: Плотина или ее часть, выполняющая функции водосбросного сооружения.

3.20.4 водосливная плотина: Водосбросная плотина, пропуск воды через гребень которой осуществляется со свободной поверхностью потока.

3.20.5 гравитационная плотина: Плотина, устойчивость которой обеспечивается силами сопротивления сдвигу, зависящими, в основном, от веса сооружения и водной пригрузки, например, бетонная гравитационная плотина.

3.20.6 земляная плотина: Плотина из грунтовых материалов, тело которой возведено из глинистых, песчаных, гравелисто-галечных грунтов.

3.20.7 каменноземляная плотина: Плотина из грунтовых материалов, тело которой состоит частично из песчаных или глинистых грунтов, а частично - из крупно-обломочных грунтов.

3.20.8 контрфорсная плотина: Плотина, устойчивость которой обеспечивается силами сопротивления сдвигу вертикальных стен-контрфорсов, воспринимающих через опертую на них напорную грань давление воды.

3.21 подпорный уровень; ПУ: Уровень воды, устанавливающийся в верхнем бьефе в результате преграждения или стеснения русла сооружениями.

3.21.1 нормальный подпорный уровень; НПУ: Наивысший подпорный уровень, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации подпорного сооружения.

3.21.2 форсированный подпорный уровень; ФПУ: Подпорный уровень выше нормального, допускаемый в верхнем бьефе в особых условиях эксплуатации гидротехнических сооружений при сбросе паводков малой обеспеченности.

3.22 рисберма: Расположенный за водобоем участок крепления нижнего бьефа, предназначенный для гашения остаточной энергии потока и защиты водобоя от подмыва.

3.23 переходное крепление нижнего бьефа: Деформируемое крепление из каменной наброски (иногда покрываемое плитами с гибкими связями), предназначенное для сопряжения рисбермы с неукрепленным руслом.

3.24 риск аварий на гидротехническом сооружении: Комбинация вероятностей возникновения аварий на гидротехническом сооружении и их ожидаемых последствий для жизни и здоровья людей, собственности и окружающей среды.

3.25 рыбозащитное сооружение: Водозаборное сооружение или его часть, предназначенное для предупреждения попадания, травмирования и гибели личинок и молоди рыб на водозаборах и отведения их в жизнеспособном состоянии в безопасное место рыбообитаемого водоема для естественного воспроизводства или хозяйственного использования.

3.26 рыбоспускное сооружение: Рыбозащитное сооружение, предназначенное для безопасного перевода покатников рыб из верхнего бьефа гидроузла в нижний бьеф.

3.27 суффозионная устойчивость: Сохранение первоначальной структуры грунта (грунтового материала) при заданной интенсивности фильтрационного потока.

3.28 фильтрационная прочность: Способность самого сооружения и/или его основания сопротивляться разрушающему воздействию фильтрационного потока, проявляющемуся в виде механической или химической суффозии.

3.29 шугосброс: Водопропускное сооружение, предназначенное для предотвращения попадания шуги в закрытый водовод и ее сброса в нижний бьеф.

3.30 эксплуатирующая организация: Организация любой организационно-правовой формы, осуществляющая техническую эксплуатацию и обслуживание на праве собственности, праве хозяйственного ведения или праве оперативного управления, аренды либо на ином законном основании.

4 Обозначения и сокращения

ВОЗ - возможные очаги землетрясений;

ВСФ - водоподпорное сооружение в составе напорного фронта;

ГСК - градостроительный кодекс (Федеральный Закон РФ «Градостроительный кодекс Российской Федерации» от 29.12.2004 № 190-ФЗ; ГСК РФ);

ГАЭС - гидроаккумулирующая электрическая станция;

ГТС - гидротехнические сооружения;

ГЭС - гидравлическая электрическая станция;

ДСР - детальное сейсмическое районирование;

ДТ - динамическая теория;

ИГЭ - инженерно-геологический элемент;

КИА - контрольно-измерительная аппаратура;

ЛСТ - линейно-спектральная теория;

МРЗ - максимальное расчетное землетрясение;

НДС - напряженно-деформированное состояние (напряженно-деформированное состояние сооружения);

НПУ - нормальный подпорный уровень;

ОГК - оптовые генерирующие компании;

ОСР - общее сейсмическое районирование (общее сейсмическое районирование, выполненное в 1997 г.; ОСР-97);

ПДЗ - предельно-допустимые значения (предельно-допустимые значения критериальных показателей состояния сооружения);

ПЗ - проектное землетрясение;

ПТЭ - Правила технической эксплуатации (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей);

ПФУ - противофильтрационное устройство;

РА - расчетная акселерограмма;

РГЭ - расчетный геологический элемент;

РЗС - рыбозащитные сооружения;

СМР - сейсмическое микрорайонирование;

ТГК - территориальные генерирующие компании;

УИС - уточнение исходной сейсмичности;

УМО - уровень мертвого объема;

ФПУ - форсированный подпорный уровень.

5 Основные нормативные положения, регламентирующие условия создания гидротехнических сооружений

5.1 Правила и нормы проектирования гидротехнических сооружений

5.1.1 Нормы и требования при проектировании оснований гидротехнических сооружений

Общие положения

5.1.1.1 Проектирование оснований гидротехнических сооружений должно выполняться на основе результатов анализа природных условий, опыта возведения аналогичных гидротехнических сооружений в сходных природных условиях, технико-экономического сравнения вариантов проектных решений, выполнения требований надежности объекта, его социальной и экологической безопасности.

5.1.1.2 Нагрузки и воздействия на основания гидротехнических сооружений должны определяться расчетом, исходя из совместной работы сооружения и основания и в соответствии с требованиями приложения А.

5.1.1.3 Расчеты оснований гидротехнических сооружений следует проводить по двум группам предельных состояний.

5.1.1.4 В проектах оснований сооружений должна быть предусмотрена система мониторинга, обеспечивающая проведение натурных наблюдений и оценку состояния системы гидротехническое сооружение-основание, а также оценку технологических процессов, влияющих на экологическую обстановку в районе гидроузла.

5.1.1.5 Состав и объем натурных наблюдений должен назначаться в зависимости от класса сооружения, геологических и гидрогеологических особенностей основания, новизны проектных решений.

5.1.1.6 При проектировании оснований сооружений I - III классов необходимо предусмотреть установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Состав и объем установки КИА должен определяться проектом. Для сооружений IV класса и их оснований, как правило, следует предусматривать только визуальные и геодезические наблюдения.

5.1.1.7 При проектировании оснований гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены инженерные мероприятия по охране окружающей среды. Экологическое обоснование проекта обустройства основания гидротехнического сооружения должно включать разработку комплекса природоохранных мероприятий при строительстве и эксплуатации ГЭС, а также мероприятия по охране окружающей среды, ведущие к улучшению экологической обстановки.

Номенклатура грунтов оснований и их физико-механические характеристики

5.1.1.8 Номенклатуру грунтов оснований гидротехнических сооружений и их физико-механические характеристики следует устанавливать согласно требованиям приложения А.

5.1.1.9 Для вновь возводимых сооружений комплекс полевых и лабораторных исследований грунтов должен быть направлен на обоснованное определение нормативных и расчетных значений всех характеристик, необходимых как для классификационных целей, так и для разработки инженерно-геологических и расчетных схем оснований и оценки надежности систем «сооружение - основание».

Обработка результатов испытаний при определении нормативных и расчетных значений характеристик грунтов должна производиться в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96. Расчетные значения характеристик определяются с учетом коэффициента надежности по грунту γg.

5.1.1.10 Во всех случаях при проектировании системы «сооружение - основание» следует учитывать возможное изменение характеристик грунтов в процессе возведения и эксплуатации сооружения, особенно в случае строительства на многолетнемерзлых и промороженных основаниях.

Инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований

5.1.1.12 Проектирование оснований гидротехнических сооружений и оценку их состояния при эксплуатации следует выполнять на основе инженерно-геологических и расчетных геомеханических схем (моделей). Расчетные геомеханические схемы (модели) используются при расчетах и разработке конструкций, при обосновании их технической надежности, экологической безопасности и экономической целесообразности (приложение А).

Инженерно-геологические изыскания надлежит проводить в соответствии с [1].

5.1.1.13 Разработка инженерно-геологических и расчетных схем оснований (представление основания в виде инженерно-геологических элементов - ИГЭ, и расчетных геологических элементов - РГЭ) должно основываться на результатах инженерно-геологических изысканий и исследований, которые должны содержать достоверные данные по: структурно- тектоническим условиям и геологическому строению участка строительства, сейсмической активности территории, гидрогеологическим условиям участка и их изменению во времени, условиям залегания легкорастворимых, выщелачиваемых и слабых грунтов, температурному режиму и строению мерзлых грунтов, физико-механическим свойствам грунтов и скальных пород, возможности развития опасных геодинамических процессов (приложение А).

Расчеты устойчивости (несущей способности)

5.1.1.14 Расчеты устойчивости (несущей способности) системы «сооружение - основание» следует производить для сооружений всех классов по предельным состояниям 1-й группы; расчеты устойчивости склонов следует производить в зависимости от последствий их разрушения либо по предельным состояниям 1-й или 2-й групп.

5.1.1.15 Оценка устойчивости сооружений I класса должна проводиться в детерминистической постановке. В дополнение к ней может использоваться вероятностная модель.

5.1.1.16 В расчетах устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях следует рассматривать потерю устойчивости по схемам плоского, смешанного и глубинного сдвигов. Эти схемы могут иметь место как при поступательной форме сдвига, так и при сдвиге с поворотом в плане.

5.1.1.17 При расчетах устойчивости сооружений на глинистых водонасыщенных грунтах необходимо учитывать незавершенные процессы консолидации основания путем учета в расчетах порового давления, либо расчетных характеристик прочности грунтов и степени их консолидации (приложение А).

5.1.1.18 При расчетах устойчивости сооружений на мерзлых основаниях необходимо учитывать изменение прочностных показателей грунтов в процессе возможного оттаивания основания.

5.1.1.19 При расчетах устойчивости сооружений на водонасыщенных нескальных основаниях, воспринимающих кроме статических также динамические нагрузки, следует учитывать влияние последних на несущую способность грунтов.

5.1.1.20 Для бетонных и железобетонных подпорных сооружений на скальных основаниях следует также рассматривать схему предельного поворота (опрокидывания).

5.1.1.21 Оценку устойчивости сооружений и откосов всех типов следует производить по кинематически возможным схемам обрушения приближенными методами, удовлетворяющими уравнениям равновесия, а также на основе анализа результатов расчетов напряженно-деформированного состояния системы «сооружение - основание», основанных на использовании нелинейных моделей материалов и численных методов решения статических и динамических задач механики сплошной среды.

Фильтрационные расчеты оснований

5.1.1.22 При проектировании оснований гидротехнических сооружений необходимо обеспечивать фильтрационную прочность грунтов, устанавливать допустимые по технико-экономическим показателям фильтрационные расходы и противодавление фильтрующей воды на подошву сооружения.

5.1.1.23 Фильтрационную прочность основания следует оценивать, сопоставляя полученные в результате математического или физического моделирования характеристики фильтрационных полей (градиенты напора, скорости фильтрации) с их критическими значениями.

5.1.1.24 Проектирование подземного контура напорных сооружений должно выполняться в соответствии с требованиями приложения А.

5.1.1.25 При выборе систем дренажного и противофильтрационного обустройства основания проектируемого сооружения необходимо учитывать требования по охране окружающей среды в части подтопления, заболачивания прилегающей территории, активизации карстово-суффозионных процессов и т.п.

5.1.1.26 Устройство противофильтрационных завес обязательно в тех случаях, когда основание сложено фильтрующими слабо водоустойчивыми и быстро растворимыми, а также суффозионно неустойчивыми грунтами. Могут быть использованы и другие инженерные решения (соляная завеса, дренаж и т.п.)

5.1.1.27 При проектировании скальных оснований высоких бетонных плотин следует допускать возможность возникновения под напорной гранью зоны разуплотнения с разрывом противофильтрационной завесы, приводящих к многократному увеличению фильтрационных расходов и заметному увеличению противодавления (приложения А).

Расчет местной прочности скальных оснований

5.1.1.28 Расчет местной прочности скальных оснований следует производить для сооружений I и II классов по предельным состояниям второй группы при основном сочетании нагрузок.

5.1.1.29 Определенная расчетом местной прочности зона разуплотнения не должна пересекать цементационную завесу и дренаж. В противном случае необходим пересчет фильтрационного режима основания в нелинейной постановке с учетом изменения фильтрационных свойств скальных пород.

Определение напряжений

5.1.1.30 Напряжения в основании гидротехнических сооружений I и II классов надлежит определять численными методами механики сплошных сред с учетом неоднородности строения основания, нелинейных свойств грунтов и скальных пород, изменения прочностных и деформационных свойств материалов во времени.

Для сооружений III и IV классов допускается использовать приближенные методы строительной механики и сопротивления материалов.

5.1.1.31 При определении контактных напряжений по подошве жестких бетонных сооружений с грунтом допускается использовать метод экспериментальных эпюр, а также метод коэффициента постели.

Расчет оснований по деформациям

5.1.1.32 Расчет оснований по деформациям необходимо проводить по первой или по второй группам предельных состояний в соответствии с приложением А.

5.1.1.33 Определенные расчетом осадки, горизонтальные смещения и крены сооружений на грунтовых основаниях не должны превосходить нормируемые критерии, гарантирующие по этому фактору нормальные условия эксплуатации, обеспечивающие техническую надежность и долговечность гидротехнического сооружения.

5.1.1.34 Расчет сооружений по деформациям должен производиться на основные, а при соответствующем обосновании - и на особые сочетания нагрузок, с учетом характера их действия в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

5.1.1.35 Предельные значения совместной деформации основания и сооружения должны устанавливаться соответствующими нормами проектирования отдельных видов сооружений, правилами технической эксплуатации сооружения или оборудования (приложение А).

5.1.1.36 При определении деформаций оснований и сооружений, также как и при расчете напряжений, следует в зависимости от класса сооружения и этапа проектирования использовать как упрощенные (инженерные) методы, так и современные вычислительные методы с использованием детальной схематизации системы сооружение-основание и сложных математических моделей материалов.

5.1.1.37 Значение деформаций сооружений и оснований в процессе эксплуатации, при наличии в основании глинистых грунтов надлежит определять с учетом процессов консолидации и ползучести грунтов.

Инженерные мероприятия по обеспечению надежности оснований

5.1.1.38 При проектировании оснований сооружений следует предусматривать конструктивные и технологические мероприятия по сопряжению сооружения с основанием, обеспечивающие устойчивость сооружения, прочность основания, допустимое напряженно-деформированное и термическое состояние основания и сооружения при всех расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий на период строительства и проектный срок эксплуатации.

5.1.1.39 При проектировании сооружений с сохранением мерзлых грунтов в основании следует предусматривать мероприятия, предотвращающие деградацию мерзлоты.

5.1.1.40 Для повышения несущей способности основания, уменьшения осадок и смещений сооружения, а также обеспечения требуемой проектом водонепроницаемости и фильтрационной прочности грунтов, следует предусматривать в необходимых случаях закрепление и уплотнение грунтов.

5.1.2 Нормы и требования при проектировании грунтовых плотин

Общие положения

5.1.2.1 Плотины из грунтовых материалов должны проектироваться с учетом:

- основных природных факторов, включая инженерно-геологические условия площадки строительства, наличие местных строительных материалов, особенностей гидрологического и гидрогеологического режимов в створе гидроузла, сейсмичности района строительства, климатических условий;

- опыта проектирования, строительства и эксплуатации плотин в аналогичных природных условиях,

- технико-экономического обоснования путем сравнения возможных вариантов проектных решений.

5.1.2.2 Сочетание нагрузок и воздействий при расчетах плотин из грунтовых материалов должно выбираться по приложению Б.

5.1.2.3 Для обеспечения эксплуатационной надежности и требуемой долговечности грунтовых плотин в проекте следует проводить:

- анализ природных условий района строительства и створа размещения грунтовой плотины; оценку этих условий с точки зрения требований, предъявляемых к строительству плотины; прогноз изменения природных условий в период строительства и эксплуатации;

- анализ прочности и устойчивости плотины в целом и отдельных ее элементов, фильтрационной прочности;

- разработку комплекса защитных мероприятий, направленных на обеспечение прочности (включая фильтрационную прочность) и устойчивости плотин в эксплуатационный период;

- разработку систем инженерного контроля в период строительства и эксплуатации плотины (приложение Б).

Требования к инженерным изысканиям

5.1.2.4 Инженерные изыскания должны выполняться в соответствии с требованиями общегражданских норм, государственных стандартов и других нормативных документов по изысканиям и исследованиям в строительстве.

5.1.2.5 Состав и объем инженерных изысканий для проектирования грунтовых плотин должен определяться в соответствии с требованиями приложения Б и устанавливаться с учетом конкретных условий площадки (приложение Б).

5.1.2.6 Инженерные изыскания должны обеспечивать получение исходных материалов, используемых при разработке проекта плотин, включая все основные расчеты, выработке решений по инженерной защите, охране окружающей среды.

5.1.2.7 Инженерными изысканиями устанавливаются основные параметры физических, механических, а при необходимости - и теплофизических свойств грунтов, с помощью которых определяются деформации плотин, устойчивость их откосов, фильтрационная прочность.

5.1.2.8 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов для плотин I и II классов и их оснований устанавливаются на основе результатов статистической обработки расчетных значений характеристик грунтов, принимаемых при расчетах устойчивости откосов плотин с обеспеченностью α = 0,95, а при расчетах смещений плотин α = 0,85. Характеристики грунтов для плотин III и IV классов могут устанавливаться по аналогам.

5.1.2.9 Виды грунтов плотин и оснований, их физико-механические и теплофизические характеристики необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ, помещенных в нормативных ссылках по этому вопросу.

5.1.2.10 Для плотин I и II классов следует предусматривать на предварительных стадиях проектирования проведение опытных отсыпок и укаток, а при возведении намывных плотин - опытный намыв.

Конструкции плотин

5.1.2.11 Тип плотины должен устанавливаться с учетом:

- инженерно-геологического строения основания,

- наличия местных строительных материалов,

- климатических условий строительства.

5.1.2.12 Крутизна откосов плотины назначается, исходя из условия их устойчивости, порядка возведения плотины и способа производства работ.

5.1.2.13 Отметка гребня плотины должна обеспечивать недопущение перелива воды через плотину при уровнях верхнего бьефа, принимаемых для основного или особого сочетания нагрузок, а также при нормированных значениях ветрового нагона и наката волны (приложение Б).

5.1.2.14 Ширина гребня плотины назначается в зависимости от класса плотины, условий производства работ и ее эксплуатации.

5.1.2.15 Крепление верховых откосов плотин должно защищать их от воздействия волн, льда, течений воды, изменения уровней воды в водохранилище, атмосферных осадков, ветра и других разрушающих откос факторов.

5.1.2.16 Крепление низовых откосов плотин следует выбирать в зависимости от материала, из которого возведена низовая призма плотины, с целью защиты от атмосферных осадков и разрушения землеройными животными. Если низовой откос подвержен воздействию льда и волн, его крепление назначается так же, как и для верхового откоса.

5.1.2.17 Для уменьшения фильтрации через тело плотины в конструкции плотины следует предусмотреть противофильтрационные устройства из слабопроницаемых грунтов или негрунтовых материалов.

Водопроницаемость грунтовых противофильтрационных устройств мерзлых плотин следует обеспечивать устройством в них мерзлотных завес, смыкающихся, в частности, с многолетнемерзлыми грунтами основания.

5.1.2.18 Противофильтрационные устройства следует выбирать в зависимости от вида плотины, характеристик грунтов ее тела и оснований, наличия грунтовых и негрунтовых материалов, высоты плотины, условий производства работ, а также по результатам технико-экономического сопоставления вариантов с различными конструкциями.

5.1.2.19 Гребень ядра или экрана должен быть выше ФПУ с учетом ветрового нагона не менее чем на 0,5 м.

5.1.2.20 На контакте грунтового противофильтрационного устройства (ядра или экрана) с крупнозернистым грунтом необходима укладка обратного фильтра.

5.1.2.21 Асфальтобетонные экраны следует выполнять из гидротехнического асфальтобетона или полимер-асфальтобетона. Свойства асфальтобетона следует назначать из условия устойчивости его на откосе, трещиностойкости при отрицательных температурах воздуха, усталостной прочности и жесткости при волновых нагрузках.

5.1.2.22 Асфальтобетонные диафрагмы надлежит выполнять из литого, пластичного или уплотненного горячего асфальтобетона. Тип и состав асфальтобетона следует выбирать, исходя из прочностных свойств материала, выбранной технологии строительства и экономических расчетов.

5.1.2.23 Железобетонные экраны в насыпных земляных плотинах надлежит устраивать с учетом гранулометрического состава, прочностных и деформационных свойств грунтов верховой призмы плотины. За экраном следует проектировать зону из малодеформируемых грунтов, грунтобетона, кладки насухо (приложение Б).

5.1.2.24 При использовании полимерных материалов (например, полиэтиленовой, поливинилхлоридной, бутилкаучуковой пленок и др.) для создания противофильтрационных конструкций следует обеспечить их защиту от механических повреждений и солнечной радиации.

5.1.2.25 Противофильтрационное устройство в плотине в виде инъекционной диафрагмы должно обладать необходимой фильтрационной прочностью, деформационными и прочностными свойствами, обеспечивающими долговечность плотины.

Состав и технология нагнетания инъекционных растворов должны быть обоснованы исследованиями, а при необходимости - опытными работами в производственных условиях.

5.1.2.26 Дренажные устройства тела земляной плотины следует проектировать с целью:

- организованного отвода воды, фильтрующей через тело плотины, основание и береговые примыкания плотины в нижний бьеф,

- предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию,

- снижения депрессионной поверхности для повышения устойчивости низового откоса,

- обеспечения устойчивости верхового откоса при быстрой сработке верхнего бьефа,

- снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях,

- отвода воды, профильтровавшей через экран или ядро из слабопроницаемого грунта.

5.1.2.27 При проектировании дренажных устройств необходимо учитывать их суффозионность и условия фильтрации в области дренажа.

5.1.2.28 Сопряжение дренажа с плотиной следует осуществлять с помощью обратного фильтра.

5.1.2.29 В проекты намывных плотин следует включать мероприятия по обеспечению качества намыва грунта и установленной плотности его укладки, а также устойчивости откосов в строительный период. Для намывных плотин должна быть установлена предельная интенсивность их наращивания по условию водоотдачи намытого грунта.

5.1.2.30 При необходимости следует предусматривать дополнительное искусственное уплотнение намытых грунтов (глубинное гидровибрирование, уплотнение взрывами и т.п.), которые, как правило, должны быть обоснованы полевыми исследованиями.

5.1.2.31 В проекте каменно-земляных и каменных плотин следует предусматривать способ отсыпки и уплотнения каменного материала.

5.1.2.32 Возведение каменно-земляных плотин направленным взрывом допускается в благоприятных для этого метода природных условиях: в узком створе, при скальных породах берегов. Возможно обрушение методом непрерывного взрыва заранее заготовленных грунтов.

5.1.2.33 При проектировании плотин из крупнообломочных грунтов с грунтовыми противофильтрационными устройствами надлежит предусматривать переходные зоны, рассчитываемые аналогично обратным фильтрам.

5.1.2.34 В проекте грунтовой плотины любого типа необходимо предусматривать мероприятия по ее сопряжению с основанием и бортами речной долины, с целью повышения общей фильтрационной прочности и суффозионной устойчивости грунтов как тела плотины, так и грунтов основания.

5.1.2.35 При проектировании плотин для Северной строительно-климатической зоны необходимо предусмотреть мероприятия по предотвращению развития негативных процессов в мерзлых основаниях в период эксплуатации сооружения, связанных с явлениями тепломассопереноса фильтрующей воды.

Основные положения расчетов плотин

5.1.2.36 Расчеты грунтовых плотин должны проводиться по двум группам предельных состояний (приложение Б).

5.1.2.37 Нагрузки и воздействия выбираются для их основного и особого сочетаний с учетом нормированных коэффициентов надежности, условий работы, сочетаний нагрузок, а также коэффициентов надежности по нагрузке. При проектировании плотин в сейсмически опасных районах следует учитывать сейсмические нагрузки согласно требованиям приложения Б.

5.1.2.38 В расчетах по первой группе предельных состояний используются расчетные значения характеристик материалов, по второй группе - их нормативные значения (приложение Б).

5.1.2.39 При проектировании грунтовых плотин I и II классов капитальности необходимо выполнение следующих расчетов:

- фильтрации и фильтрационной прочности;

- устойчивости откосов плотины, экрана и защитных конструкций верхового откоса плотины;

- напряжений и деформаций в теле плотины и ее основании;

- консолидации в глинистых элементах плотины и глинистых грунтах основания;

- прочности и устойчивости креплений откосов;

- температурных полей (при проектировании плотин в северной строительно-климатической зоне);

- обратных фильтров, переходных слоев и дренажей.

Для плотин III и IV классов допускается ограничиться расчетами фильтрационных режимов, фильтрационной прочности, дренажей и фильтров, устойчивости откосов, осадок и крепления откосов.

5.1.2.40 Расчеты плотин следует производить для всех характерных поперечных сечений плотины. Для плотин II и III классов расчеты могут проводиться в плоской постановке, для плотин I класса - желательно в пространственной постановке.

Ремонт и реконструкция плотин

5.1.2.41 Необходимость осуществления ремонта (реконструкции) плотины, а также выбор технических решений и технологии ремонтно-строительных работ определяются оценкой технического состояния сооружения, которая выполняется в соответствии с требованиями [2] на основании освидетельствования и технического обследования плотины с проведением необходимых исследований. В процессе проектирования плотины должна быть предусмотрена возможность выполнения типовых ремонтных работ, номенклатура которых определяется на основании опыта эксплуатации однотипных сооружений (ремонтопригодностью).

При реконструкции плотин следует руководствоваться нормами и правилами ведения строительных гидротехнических работ.

Требования к охране окружающей среды

5.1.2.42 При проектировании грунтовых плотин необходимо учитывать требования Федерального Закона РФ «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ и других нормативных документов (приложение Б).

5.1.2.43 При строительстве плотин должно быть обеспечено выполнение требований по охране окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов, учету ближайших и отдаленных экологических, экономических, социальных, демографических последствий строительства при приоритете охраны здоровья и благополучия населения.

5.1.2.44 Проектирование грунтовых плотин должно осуществляться в соответствии с требованиями Закона РФ об охране окружающей среды.

При проектировании плотин должны учитываться предельно допустимые нагрузки на окружающую среду как в строительный, так и в эксплуатационный периоды и предусматриваться меры предупреждения и устранения загрязнения окружающей природной среды.

5.1.2.45 При проектировании грунтовых плотин не следует применять материалы и технологии, способствующие химическому, физическому и биологическому загрязнению окружающей среды.

5.1.3 Нормы и требования при проектировании бетонных и железобетонных плотин

Общие положения

5.1.3.1 Плотины бетонные и железобетонные надлежит проектировать в соответствии с требованиями правил, изложенных в приложениях В и Ж, и с учетом требований п. 5.1.1 Стандарта.

5.1.3.2 Проектирование бетонных и железобетонных плотин следует выполнять из условий обеспечения общей прочности и прочности отдельных элементов плотин, устойчивости плотин на сдвиг и опрокидывание, а также долговечности в конкретных условиях эксплуатации каждой плотины.

5.1.3.3 Вид, конструкцию и местоположение бетонных и железобетонных плотин в створе гидроузла, а также методы их возведения надлежит выбирать с учетом природных (геологических, топографических, климатических и сейсмических) условий района строительства, пропуска строительных и эксплуатационных расходов, компоновки гидроузла, наличия местных строительных материалов и режима эксплуатации, на основании технико-экономического сравнения вариантов.

5.1.3.4 Нагрузки и воздействия на бетонные плотины определяются в соответствии с требованиями правил, изложенных в приложении В.

5.1.3.5 Класс бетонных и железобетонных плотин следует устанавливать в соответствии с требованиями приложения Ж.

5.1.3.6 Если отдельные участки напорного фронта выполнены из плотин разных видов, то их класс принимается по классу плотины, расположенной в наиболее глубокой части створа.

5.1.3.7 При проектировании плотин для любых районов строительства следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие минимальное нарушение окружающей природной среды. Оценка влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду должна выполняться на основе РД 153-34.2.-02.409-2003 «Методические указания по оценке влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду».

Требования к строительным материалам

5.1.3.8 Строительные материалы для бетонных и железобетонных плотин и их элементов должны удовлетворять требованиям, изложенным в приложении В и в государственных стандартах на строительные материалы, помещенных в нормативных ссылках и относящихся к подбору и испытанию строительных материалов.

5.1.3.9 В плотинах и их элементах в зависимости от условий работы бетона в отдельных частях плотин в эксплуатационный период надлежит различать четыре зоны:

- I - наружные части плотин, не омываемые водой и находящиеся под воздействием атмосферы;

- II - наружные части плотин, находящиеся в пределах колебаний воды в бьефах, в том числе поверхности, подвергающиеся воздействию сбрасываемых потоков;

- III - наружные части, расположенные ниже минимальных уровней воды в бьефах, а также примыкающие к подошве плотины;

- IV - внутренние зоны, ограниченные зонами I и III.

К бетону различных зон плотин всех классов необходимо предъявлять требования, приведенные в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Требования, предъявляемые к бетону для различных зон плотин

Определяемый параметр

Зоны плотин

бетонных

железобетонных

Прочность на сжатие

I, II, Ш, IV

I, II, III, IV

Прочность на растяжение

I, II, III

I, II, III

Водонепроницаемость

II, III

II, III

Морозостойкость

1,11

1,11

Стойкость против агрессивного воздействия воды

II, III

II, III

Сопротивляемость истиранию потоком воды при наличии взвешенных и влекомых наносов, а также стойкость против кавитации при скорости воды по поверхности бетона 15 м/с и более

II

II

Тепловыделение при твердении бетона

I, II, III, IV

Предъявляется при соответствующем обосновании

5.1.3.10 Требования к бетону плотин по прочности, водопроницаемости и морозостойкости и т.д., необходимо устанавливать дифференцированно, в соответствии с фактическими условиями работы бетона различных зон.

5.1.3.11 Возраст (срок твердения) бетона, соответствующий его проектному классу по прочности на сжатие и марке по водопроницаемости, следует назначать с учетом сроков возведения плотины и наполнения водохранилища.

5.1.3.12 Марки бетона по водонепроницаемости должны назначаться в зависимости от градиентов напора в соответствии с требованиями, изложенными в приложении Г. В агрессивной воде-среде марку бетона по водонепроницаемости следует принимать на одну ступень выше требуемой.

5.1.3.13 Марки бетона по морозостойкости следует назначать в зависимости от климатических условий района строительства плотины и расчетного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания в год в соответствии с таблицей 5.2.

Таблица 5.2 Марки бетона по морозостойкости

Определяемый параметр

Зоны плотин

бетонных

железобетонных

Надводная зона (зона 1)

F150

F200

Водосливы и водосбросы (зона II)

F400

F400

Подводная (зона III)

-

F100

Внутренняя (зона IV)

-

-

Переменного уровня (зона II) при числе циклов попеременного замораживания и оттаивания в год:

 

 

До 50 вкл.

F150

F200

Св. 50 до 75

F200

F300

Св. 75 до 100

F300

F400

Св. 100 до 150

F400

F500

св. 150 до 200

F500

F600

Примечание - При числе расчетных циклов более 200 следует применять специальные виды бетонов (с комплексными добавками) или конструктивную теплозащиту.

5.1.3.14 Расчетные сопротивления бетона плотин в возрасте 180 суток (или 1 год) следует определять, исходя из устанавливаемых при проектировании расчетных сопротивлений бетона, требуемых ко времени нагружения сооружения эксплуатационными нагрузками, с учетом реального возраста, который будет иметь бетон к указанному времени, и условий возведения плотины.

5.1.3.15. Класс бетона и раствора омоноличивания должен быть не ниже класса бетона омоноличиваемых конструкций, если последний не ниже В25.

Основные положения по расчетам на прочность

5.1.3.16. Расчеты бетонных и железобетонных плотин следует производить в соответствии с требованиями приложения Ж.

5.1.3.17. Расчеты плотин надлежит производить по методу предельных состояний:

- предельные состояния первой группы - расчеты на общую прочность и устойчивость, а также на местную прочность элементов плотин;

- предельные состояния второй группы - расчеты сооружений по образованию трещин, а также по раскрытию строительных швов в бетонных и трещин в железобетонных конструкциях.

5.1.3.18 Расчеты плотин, их оснований и отдельных элементов на прочность и устойчивость следует проводить для наиболее неблагоприятных расчетных случаев эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и нагружения плотины и прогноза изменения температурного режима.

5.1.3.19. Расчеты на прочность плотин I-III классов, возводимых на нескальных основаниях, должны выполняться с учетом пространственной работы несущих элементов конструкции. При этом внутренние усилия следует определять с учетом неупругого поведения конструкций, вызванного трещинообразованием в бетоне.

5.1.3.20. В тех случаях, когда в сооружении возможно раскрытие строительных швов, появление и раскрытие трещин, а в основании - нарушение сплошности в растянутых зонах, должен производиться расчет сооружения на прочность по образовавшимся вторичным схемам.

Отказ от расчета сооружений по вторичным схемам допускается при специальном обосновании, включающем установление соответствующих условий прочности сооружения.

5.1.3.21. В расчетах бетонных плотин на общую прочность и по деформациям в случаях, когда в расчетной схеме профиля сооружения наличие швов не учитывается, расчетное значение модуля деформации бетонной кладки плотины Fbd определяется с учетом начального значения модуля упругости бетона Fb, числа вертикальных швов бетонирования по подошве секции плотины, высоты блоков бетонирования, методов бетонирования.

5.1.3.22. При возрасте бетона 180 суток и более начальный модуль упругости бетона плотин допускается принимать по таблице 5.3.

Таблица 5.3 Значения начального модуля упругости бетона Fb

Осадка конуса бетонной смеси, см

Максимальный размер крупного заполнителя, Dmax, мм

Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении Fb 103, МПа, при проектном классе бетона по прочности на сжатие

В5

В7,5

В10

В12,5

В15

В20

В25

В30

 

40

23,5

28,0

31,0

33,5

35,5

38,5

40,5

42,5

<4

80

26

30,5

34,0

36,5

38,5

41,5

43,5

45,0

 

120

28,0

33,0

36,5

38,5

40,5

43,5

43,5

47,0

 

40

19,5

24,0

27,0

29,5

31,5

34,5

37,0

39,0

4÷8

80

22,5

28,0

30,0

32,5

34,5

37,5

40,0

42,0

 

120

24,5

29,0

32,5

35,0

37,0

40,0

42,0

43,5

 

40

13,0

16,0

18,0

21,0

23,0

27,0

30,0

32,5

>8

80

15,0

19,0

22,0

24,5

26,5

30,0

33,0

35,0

 

120

17,5

21,5

24,5

27,0

29,0

32,5

35,0

37,0

5.1.3.23 Расчетные сопротивления бетона снижаются (или повышаются) путем умножения на коэффициенты условий работы бетона γm, учитывающие влияние на прочность бетона сочетаний нагрузок, градиентов деформаций по сечению, формы поперечного сечения элемента, сложного напряженного состояния, строительных швов, многократного повторения нагрузок, других факторов и определяемые в соответствии с указаниями главы 5.1.4 стандарта.

5.1.3.24 При проектировании поверхностных и глубинных водосбросных отверстий плотин следует выполнять расчет прочности опорных конструкций затворов (пазов, консолей и т.п.). Расчеты прочности этих конструкций следует выполнять методами теории упругости с учетом совместной работы стальных опорных деталей и бетонного основания.

При проектировании нагрузок на опорный рельс паза, превышающих 2500 кН/м, кроме расчетов на прочность пазовых конструкций, рекомендуется выполнять экспериментальные исследования на моделях этих конструкций.

5.1.4 Нормы и требования при проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений

5.1.4.1 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений надлежит проектировать в соответствии с правилами, изложенными в приложениях Г и Ж.

5.1.4.2 Проектирование бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (определение геометрических параметров, назначение классов бетона и арматуры, марок бетона по водонепроницаемости и морозостойкости, разработка схем армирования и др.) следует выполнять из условия обеспечения прочности и устойчивости положения и формы конструкции, долговечности сооружения, а также жесткости конструкции (если этого требуют условия эксплуатации).

5.1.4.3 Расчеты бетонных и железобетонных конструкций ГТС необходимо проводить по методу предельных состояний в соответствии правилами, изложенными в приложении Ж. По предельным состояниям первой группы следует проводить расчеты при всех сочетаниях нагрузок и воздействий, а по предельным состояниям второй группы - только при основном сочетании нагрузок и воздействий.

5.1.4.4 Бетонные конструкции необходимо рассчитывать:

- по предельным состояниям первой группы - на прочность с проверкой устойчивости положения и формы конструкции;

- по предельным состояниям второй группы - на образование трещин.

Железобетонные и сталежелезобетонные конструкции следует рассчитывать:

- по предельным состояниям первой группы - на прочность с проверкой устойчивости и по выносливости при многократно повторяющейся нагрузке;

- по предельным состояниям второй группы - на образование трещин (трещиностойкие конструкции) и на деформации (нетрещиностойкие конструкции).

При проектировании сталебетонных конструкций необходимо дополнительно рассчитывать на прочность следующие элементы:

- металлические облицовки - на действие транспортных, монтажных и строительных нагрузок,

- железобетонные части элементов водопроводящего тракта - при действии нагрузок аварийного разрыва облицовки;

- анкеры, обеспечивающие совместную работу листовой арматуры и бетона.

5.1.4.5 Для конструкций, заанкеренных в основании плотины, наряду с расчетом на прочность следует производить экспериментальные исследования для определения несущей способности анкерных устройств и релаксации напряжений в бетоне, скальном основании и анкерах. Необходимо предусмотреть мероприятия по защите анкеров от коррозии.

5.1.4.6 При расчете элементов сборных конструкций на усилия, возникающие при подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от собственного веса элемента следует вводить в расчет с коэффициентами динамичности.

5.1.4.7 При расчете статически определимых стержневых систем, тонких плит и арок по предельным состояниям первой и второй групп внутренние усилия, перемещения и углы поворота следует определять методами сопротивления материалов. В статически неопределимых стержневых конструкциях внутренние усилия и перемещения следует определять методами строительной механики. При оценке прочности и трещиностойкости элементов по напряжениям (балки-стенки, консольные стенки, толстые арки, трубы и объемные элементы) последние определяются методами теории упругости или экспериментально.

5.1.4.8 В сечениях напорных стержневых систем, плиточных, арочных и кольцевых элементов следует учитывать противодавление в соответствии с правилами, изложенными в приложении В.

5.1.4.9 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие их долговечность (заданный срок эксплуатации без капитального ремонта и реконструкции).

5.1.4.10 Проектирование гидроизоляционных и теплоизоляционных покрытий надлежит осуществлять в соответствии с правилами, изложенными в приложении В.

5.1.4.11 Расчеты по определению ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях гидротехнических сооружений следует выполнять в соответствии с правилами, изложенными в приложении Г.

5.1.5 Нормы и требования при проектировании водопропускных сооружений

Общие положения

Проектирование водопропускных сооружений необходимо производить, исходя из требований пропуска расчетного расхода воды поверочного расчетного случая.

Максимальные расходы воды надлежит принимать, исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случаев - основного и поверочного [3]:

Таблица 5.4 Ежегодные вероятности Р, %, превышения расчетных максимальных расходов воды

Расчетные случаи

Классы сооружений
I

II

III

IV

Основной

0,1

1,0

3,0

5,0

Поверочный

0,01*

0,1

0,5

1,0

Примечание - * Поверочный расход принимается увеличенным на значение гарантийной поправки ΔQ, которое определяется в зависимости от гидрологической изученности реки и принятого вероятностного закона распределения максимальных расходов воды.

Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода с учетом трансформации его создаваемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного хозяйственной деятельностью в бассейне реки.

Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться при НПУ через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла.

При пропуске расходов воды основного расчетного случая через водосливы, необорудованные затворами, при определении гидростатической нагрузки следует учитывать, что уровни верхнего бьефа устанавливаются выше отметки НПУ.

При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролет из расчета пропуска паводка.

Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске расчетных паводочных расходов должен быть обоснован при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС. Для совмещенных ГЭС должно быть учтено влияние на действующий напор гидротурбины работающего одновременно в том же блоке водосброса (водослива).

Пропуск поверочного расчетного расхода должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, турбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы. При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускаются:

- уменьшение выработки электроэнергии ГЭС;

- нарушение нормальной работы водозаборных сооружений, не приводящее к созданию аварийных ситуаций на объектах - потребителях воды;

- повреждение резервных водосбросов, не снижающее надежности основных сооружений.

5.1.5.1 Назначение удельного расхода воды в нижнем бьефе водосбросных, водоспускных и водовыпускных сооружений, выбор их конструкции, режима сопряжения бьефов и гашения энергии, конструкций концевых устройств (носков-трамплинов, носков-уступов, водобоев, рисберм), креплений берегов, раздельных и сопрягающих стен надлежит обосновывать технико-экономическим сравнением вариантов с учетом геологических условий, неравномерного распределения расхода по ширине водосливного фронта, требований к гидравлическому режиму руслового потока в бьефах и изменения уровней воды в нижнем бьефе, вызываемого трансформацией русла после зарегулирования реки.

5.1.5.2 При выборе компоновки и проектировании водопропускных сооружений и их сопряжений с нижним бьефом надлежит обеспечивать:

- защиту сооружений гидроузла от опасного размыва их оснований,

- защиту зданий ГЭС и судоходных каналов от воздействий сбросного потока,

- предупреждение деформаций русла, неблагоприятных для эксплуатации этих сооружений.

Не следует располагать береговые водосбросы в пределах потенциально неустойчивых склонов.

5.1.5.3 Для элементов водосбросных сооружений необходимо учитывать гидродинамические воздействия и возможность истирания их поверхности наносами, а также повреждения камнями и другими предметами, транспортируемыми потоком. При скоростях течения более 12-14 м/с следует учитывать кавитационные воздействия на обтекаемые поверхности.

5.1.5.4 Для сооружений I, II и III классов необходимо производить сравнение технико-экономических показателей разработанных вариантов по результатам гидравлических расчетов и лабораторных исследований. Для сооружений IV класса сравнение вариантов следует производить по результатам гидравлических расчетов и по аналогам.

5.1.5.5 В составе сооружений гидроузлов I и II классов, расположенных в климатических зонах с продолжительным периодом минусовых температур, при соответствующем обосновании следует предусматривать водосбросы, приспособленные к работе в морозных условиях. На этих водосбросах должны быть приняты меры по исключению опасного оледенения элементов затворов, затворных камер, аэрационных отверстий, пазов, а также оледенение линий электропередачи, конструкций и оборудования, расположенных на здании ГЭС, плотине и берегах в зоне водовоздушного облака, образующегося при работе водосброса. Должны быть обеспечены условия для безотказной работы в этот период подъемных устройств, автоматики и электроснабжения затворов.

(Введен дополнительно. Изм.)

Водосбросы, водовыпуски и водоспуски бетонных плотин

5.1.5.6 Оголовки водосливных плотин всех классов следует проектировать безвакуумными с профилем криволинейного очертания. Прямоугольные или трапецеидальные профили применяются при надлежащем обосновании при напорах до 12 м.

5.1.5.7 При проектировании водосбросных сооружений плотин и креплений нижнего бьефа, обтекаемых потоком со скоростью более 15 м/с, следует предусматривать мероприятия, исключающие кавитационные явления.

5.1.5.8 Водосбросные бетонные и железобетонные плотины на любом типе оснований надлежит разбивать на секции температурно-осадочными швами. При однородных основаниях в ряде случаев допускается ограничиваться устройством швов-надрезов.

5.1.5.9 Заглубление фундаментной плиты в грунт следует предусматривать с учетом требований статической устойчивости, гидравлических и фильтрационных условий.

Береговые водосбросы

5.1.5.10 Береговые открытые водосбросы следует проектировать в виде быстротоков и (или) перепадов. При проектировании необходимо учитывать топографические, геологические, сейсмологические и другие факторы, а также необходимость удовлетворительных условий сопряжения бьефов.

5.1.5.11 При проектировании водосбросов в горных и предгорных районах следует рассматривать варианты закрытых водосбросов в виде напорных и безнапорных туннелей. Выбор типа водосброса (открытый или закрытый) обосновывается технико-экономическим сравнением вариантов.

5.1.5.12 Конструктивно-технические решения входных участков береговых водосбросов (водосливных оголовков, порталов глубинных водосбросов, шахтных, башенных или траншейных водоприемников) должны определяться условиями пропуска расходов основного и поверочного случаев при соответствующих отметках верхнего бьефа.

Крепление нижнего бьефа и концевые устройства водосбросов

5.1.5.13 Гашение энергии в нижнем бьефе за водосбросными сооружениями на нескальном основании, как правило, надлежит осуществлять на креплении, в состав которого могут входить водобой и рисберма (жесткая и гибкая), усиленные гасителями и направляющими элементами, а также концевые устройства в виде зуба и(или) переходного крепления. Отметку поверхности водобоя, рисбермы и концевого участка, их длину и толщину следует назначать на основании гидравлических исследований, статических расчетов и технико-экономического сравнения вариантов.

При необходимость следует предусматривать мероприятия по пропуску воды и льда в строительный период.

5.1.5.14 Выбор типа гасителей, их расположение на водобое необходимо определять на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом допустимых глубин на водобое, условий возникновения кавитации и сбойности течения, а также размывающей способности потока ниже гасителей.

Конструкция гасителя наряду с гашением энергии должна обеспечивать устойчивость потока и исключать опасность возникновения сбойных течений.

5.1.5.15 Толщины плит водобоя и рисбермы следует определять расчетным путем, из условий обеспечения их прочности и устойчивости с учетом осредненных и пульсационных нагрузок.

Длина и профиль рисбермы, конструкция переходного крепления от рисбермы к незакрепленному руслу должны определяться на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом гидравлических условий в начале незакрепленного русла.

5.1.5.16 Во избежание отрыва плит водобоя и рисбермы при пропуске больших сбросных расходов через плотину необходимо предусматривать мероприятия по уменьшению противодавления в подплитных областях и исключению суффозионных процессов в подстилающем грунте.

5.1.5.17 При проектировании крепления нижнего бьефа за водосбросной плотиной необходимо предусмотреть мероприятия, предотвращающие подмыв и разрушение на концевом участке, в частности при образовании воронки размыва.

5.1.5.18 При проектировании крепления за водосбросными плотинами, возводимыми на скальных и полускальных основаниях, наряду со схемой сопряжения бьефов с гидравлическим прыжком, надлежит рассматривать варианты отброса струи в нижний бьеф на безопасное расстояние. При этом необходимо использовать технические решения, уменьшающие гидродинамическое воздействие потока на сооружения и берега и усиливающие прочность контакта сопряжения со скальными породами основания. Крепление дна в ряде случаев может отсутствовать или быть ограничено водобоем. В узких створах необходимо исключить опасное воздействие потока на берега каньона.

5.1.5.19 При проектировании водосбросных сооружений следует разрабатывать правила маневрирования затворами с целью минимизации неблагоприятных воздействий сбрасываемых потоков на конструкции нижнего бьефа плотины и речные берега.

Туннельные и трубчатые водосбросы

5.1.5.20 Водосбросные сооружения замкнутого поперечного сечения туннельные и трубчатые следует использовать в тех случаях, когда при принятой компоновке гидроузла и в связи с требованиями организации строительства необходимо обеспечить сброс воды сквозь тело напорного сооружения (трубчатые) или в обход его (туннельные).

5.1.5.21 При проектировании водоводов и сооружений на них следует выполнять гидравлические расчеты, а в необходимых случаях - лабораторные гидравлические исследования для определения:

- пропускной способности и потерь напора по длине водовода,

- уровней воды и их колебаний в безнапорных водоводах при неравномерном и неустановившемся движении воды,

- осредненных и пульсационных составляющих давления при прогнозе гидродинамических нагрузок и возможности возникновения кавитации,

- экстремальных значений давления воды по длине напорных водоводов в случае гидравлического удара.

5.1.5.22 Выбор трассы и типа гидротехнических туннелей, конструкции крепления и формы поперечного сечения туннелей следует выполнять на основе технико-экономического сравнения вариантов.

5.1.5.23 При проектировании туннелей в районах распространения многолетнемерзлых грунтов следует учитывать температурный режим массива, его криогенное строение и изменение свойств пород вмещающего массива в процессе строительства и эксплуатации.

5.1.5.24 Выбор типа и конструкции трубопровода следует производить на основе технико-экономического сопоставления вариантов с учетом его назначения, общей компоновки сооружений, условий монтажа и эксплуатации, напора, геомеханических характеристик грунтов основания. При низких показателях прочностных и деформационных свойств грунтов необходимо предусматривать специальные мероприятия по укреплению грунтов.

5.1.5.25 К железобетонным и сталежелезобетонным трубопроводам необходимо предъявлять требования по ограничению ширины раскрытия трещин, обеспечивающие долговечность конструкции по условиям коррозии арматуры и бетона, а также достаточную фильтрационную непроницаемость. Следует предусматривать защиту от коррозии металла.

Каналы и бассейны суточного регулирования

5.1.5.26 Выбор трассы, параметров, типа деривационного, а также подводящего и отводящего каналов гидроэлектростанции должен быть обоснован сопоставлением вариантов с учетом пропускной способности, объемов работ, потерь воды и напора, требований охраны окружающей среды.

5.1.5.27 Для каналов следует предусматривать мероприятия по защите от подтопления и заболачивания территории вдоль трассы, а также от зарастания каналов водной растительностью.

5.1.5.28 Откосы канала следует предохранять от разрушения дождевыми и талыми водами. Заложение откосов каналов в любых грунтах должно быть обосновано расчетами устойчивости. Для защиты откосов и дна канала от размывов и механических повреждений следует предусматривать устройство креплений, а для уменьшения потерь на фильтрацию - противофильтрационных элементов.

5.1.5.29 Превышение гребня ограждающих дамб и бровки берм над наивысшим уровнем воды в канале следует принимать в соответствии с указаниями главы 5.1.2. Ширину гребня дамб и берм надлежит назначать исходя из требований эксплуатации и производства работ. При проектировании канала следует также учитывать условия его зимней эксплуатации.

5.1.5.30 Вдоль канала необходимо предусматривать прокладку служебных дорог, а также устройство ограждений в районах населенных пунктов и в местах прогона скота.

5.1.5.31 Бассейны суточного регулирования деривационных ГЭС надлежит предусматривать при отсутствии достаточных регулирующих емкостей в верхнем бьефе плотин и в деривационных водоводах.

При проектировании бассейнов суточного регулирования ГЭС с пиковым режимом (в том числе - бассейнов ГАЭС) надлежит учитывать особенности уровенного режима, льдообразования и заиления наносами.

При проектировании бассейнов ГАЭС также следует, помимо указанного, предусмотреть мероприятия, обеспечивающие гашение энергии воды, поступающей из напорных водоводов.

5.1.5.32 В составе сооружений напорного бассейна надлежит предусматривать сооружения автоматического действия, обеспечивающие пропуск всего расхода ГЭС, при ее остановке.

Защита от плавающих тел, льда и наносов

5.1.5.33 Необходимо предусматривать компоновочные решения и конструктивные мероприятия по защите водоприемников, водоводов и каналов от попадания в них влекомых наносов, плавающих тел, топляков, льда и шуги.

5.1.5.34 На реках с большим количеством наносов в составе гидроузлов необходимо предусматривать наносоулавливающие сооружения и устройства - отстойники, песко- и гравиеулавливающие устройства. Выбор типа отстойника (с непрерывным и периодическим промывом либо с механической очисткой) следует обосновывать технико-экономическим сравнением вариантов с учетом строительных и эксплуатационных показаний.

5.1.5.34 Проектирование рыбозащитных и рыбоохранных устройств следует проводить с учетом требований приложения И.

5.1.6 Нормы и требования при проектировании береговых, сопрягающих и раздельных устоев и стен

5.1.6.1 При проектировании речных гидроузлов места сопряжения бетонных сооружений (зданий ГЭС, водосбросных плотин и т.п.) с грунтовыми сооружениями (плотинами, дамбами) и с берегами, как правило, оформляются в виде сопрягающих и береговых устоев, конструктивно выполняемых в виде подпорных стен.

5.1.6.2 Раздельные устои, сооружаемые в местах непосредственного примыкания бетонных водопропускных сооружений разного назначения (здания ГЭС, водосбросные плотины и других водопропускных сооружений), должны обеспечивать приемлемые гидравлические режимы в бьефах при всех предусмотренных проектом сочетаниях условий работы этих сооружений.

При проектировании водопропускных сооружений строительного периода следует оценивать целесообразность использования раздельных устоев в качестве элементов продольной перемычки, а также размещения в них трубчатых водосбросов для пропуска расходов реки через створ строящегося гидроузла после перекрытия русла.

5.1.6.3 Раздельные стены должны обеспечивать возможность разделения и регулирования с помощью затворов расхода, пропускаемого через водопропускные сооружения, создания благоприятных гидравлических режимов на водосбросном тракте.

5.1.6.4 При проектировании сопрягающих сооружений со зданиями ГЭС следует учитывать требования стандарта [4].

Основные положения проектирования

5.1.6.5 Проектирование раздельных устоев и стен должно выполняться в соответствии с требованиями приложения Г.

5.1.6.6 Размеры раздельных стен водосбросных сооружений следует назначать в зависимости от типа и конструкции затворов, размеров водосбросных отверстий, эксплуатационных и аварийных выходов из продольных галерей, размеров и конструкции мостовых пролетных строений.

5.1.6.7 Отметку верха раздельных стен водосливной плотины со стороны верхнего бьефа следует назначать с учетом отметки гребня глухой плотины, типа затворов, условий маневрирования ими, подъемных и транспортных механизмов, наличия мостового перехода и его габаритов по высоте. Отметку верха стен следует принимать наивысшей из определенных по каждому из перечисленных условий.

5.1.6.8 Очертание раздельных стен в плане со стороны верхнего бьефа должно обеспечивать плавный вход воды в водопропускное отверстие и минимальное сжатие потока.

5.1.6.9 Очертание в плане и высоту раздельных стен на тракте водосбросов и со стороны нижнего бьефа следует определять общими конструктивными требованиями с учетом прочностных и гидравлических условий, расположения мостовых конструкций и других сооружений, а также незатопления верха стен.

5.1.6.10 Лицевую грань сопрягающих, береговых и раздельных устоев в пределах водосброса следует конструировать аналогично граням раздельных стен.

5.1.6.11 При проектировании автомобильных или железнодорожных мостов по раздельным стенам и устоям водосбросов к ним следует предъявлять дополнительно требования как к мостовым опорам.

Основные расчетные положения

5.1.6.12 Подпорные стены следует рассчитывать по методу предельных состояний - по первой и второй группам предельных состояний.

5.1.6.13 При расчетах подпорных стен следует учитывать совместную работу сооружения с основанием и грунтом засыпки. При этом боковое давление грунта засыпки надлежит определять с учетом прочностных свойств грунта, последовательности строительства сооружения и устройства засыпки, изменений уровня воды и температуры окружающей среды в процессе эксплуатации.

5.1.6.14 Подпорные стены и другие аналогичные сооружения, возводимые на скальных основаниях, кроме обычных расчетов на сдвиг, следует дополнительно рассчитывать на опрокидывание, а также на сдвиг с поворотом в плане.

5.1.7 Нормы и требования при проектировании гидротехнических сооружений в сейсмических районах

Общие положения

5.1.7.1 При проектировании гидротехнических сооружений, размещаемых в районах с нормативной сейсмичностью / норм, равной 6 баллам и более по сейсмической шкале MSK-64, следует выполнять дополнительные требования по обеспечению их безопасности.

Указанные требования следует выполнять при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, обследовании реального состояния, декларировании безопасности, реконструкции, восстановлении, консервации и ликвидации гидротехнических сооружений с соблюдением требований приложения Д.

5.1.7.2 При определении нормативной сейсмичности надлежит использовать следующие карты общего сейсмического районирования (ОСР-97 [5]):

- карту С - для водоподпорных сооружений в составе напорного фронта водоподпорного сооружения I и II класса - при расчете этих сооружений на максимальное расчетное землетрясение (МРЗ);

- карту А - для всех сооружений при расчете их на проектное землетрясение (ПЗ).

5.1.7.3 Гидротехнические сооружения должны воспринимать ПЗ без угрозы для жизни и здоровья людей и с сохранением собственной ремонтопригодности (для водоподпорных сооружений - при любом предусмотренном правилами эксплуатации уровне верхнего бьефа). Остаточные смещения, деформации, трещины и иные повреждения не должны нарушать нормальную эксплуатацию объекта.

Водоподпорные сооружения I и II классов должны обладать способностью воспринимать МРЗ без угрозы собственного разрушения или прорыва напорного фронта. При этом допускаются любые иные повреждения сооружения и основания, в том числе - нарушающие нормальную эксплуатацию объекта.

Определение нормативной, исходной и расчетной сейсмичности

5.1.7.4 Исходная сейсмичность Iисх площадки водоподпорного сооружения определяется для ПЗ и МРЗ методами детального сейсмического районирования (ДСР) или уточнения исходной сейсмичности (УИС). Сейсмотектоническая модель района расположения объекта должна включать карту и характеристики основных зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ).

Исходную сейсмичность остальных гидротехнических сооружений для ПЗ допускается принимать равной значению , определяемому по карте А ОСР-97.

В тех случаях, когда нормативная сейсмичность района на соответствующих картах ОСР-97 (п. 5.1.7.2) превышает 9 баллов, исходная сейсмичность площадки строительства независимо от вида и класса гидротехнического сооружения должна определяться на основе ДСР или УИС.

5.1.7.5 Расчетная сейсмичность Iрасч площадки водоподпорного сооружения I или II класса определяется для ПЗ и МРЗ инструментальными и расчетными методами сейсмического микрорайонирования (СМР).

Расчетная сейсмичность остальных гидротехнических сооружений определяется для ПЗ методами СМР; при отсутствии соответствующих исследований значение Iрасч принимается с использованием результатов инженерно-геологических изысканий на площадке строительства.

В тех случаях, когда расчетная сейсмичность площадки определяется методами СМР, дополнительно устанавливаются скоростные, частотные и резонансные характеристики грунта основания сооружения.

5.1.7.6 На предпроектных стадиях при выборе площадки гидротехнического сооружения исходную сейсмичность допускается определять по картам А и С ОСР-97 (для ПЗ и МРЗ соответственно), а расчетную сейсмичность - по [5].

5.1.7.7 Строительство гидротехнических сооружений на площадках с расчетной сейсмичностью 9 баллов при наличии грунтов III категории по сейсмическим свойствам требует специального обоснования.

Строительство гидротехнических сооружений на площадках с расчетной сейсмичностью более 9 баллов допускается только по согласованию с уполномоченными органами исполнительной власти в области надзора за строительством.

Учет сейсмических воздействий и определение их характеристик

5.1.7.8 Сейсмические воздействия учитываются в тех случаях, когда значение Iрасч составляет 7 баллов и более.

Сейсмические воздействия включаются в состав особых сочетаний нагрузок и воздействий.

При проектировании гидротехнических сооружений в сейсмоопасных районах следует руководствоваться требованиями приложения Д.

5.1.7.9 Значение периода повторяемости проектного землетрясения  принимается по усмотрению Заказчика в диапазоне от назначенного срока службы сооружения до 500 лет (но не менее 100 лет).

Значение периода повторяемости максимального расчетного землетрясения  принимается равным 10000 лет; при соответствующем обосновании, по усмотрению Заказчика, значение  допускается принимать в диапазоне от 5000 до 10000 лет.

5.1.7.10 Для водоподпорных сооружений I или II класса должны быть установлены расположение и характеристики основных зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ) сейсмического района, включая параметры сейсмических воздействий и направление подхода к сооружению сейсмических волн из расположенных в указанных зонах очагов землетрясений.

На основе выполненных исследований для площадки гидротехнического сооружения устанавливаются значения максимальных пиковых ускорений основания при проектном землетрясении  и максимальном расчетном землетрясении  (с обеспеченностью не менее 50%).

Расчетные сейсмические воздействия допускается моделировать расчетными акселерограммами (РА).

5.1.7.11 Для гидротехнических сооружений, не перечисленных в п. 5.1.7.10, характеристикой расчетного сейсмического воздействия служит значение сейсмического ускорения основания.

Расчеты сооружений на сейсмические воздействия

5.1.7.12 Гидротехнические сооружения, в зависимости от вида и класса сооружения и уровня расчетного землетрясения (ПЗ или МРЗ), следует рассчитывать на сейсмические воздействия методами динамической теории (ДТ) или линейно-спектральной теории (ЛСТ). Общая схема использования различных методов расчета сооружений на сейсмические воздействия приведена в таблице 5.5.

Таблица 5.5 Схема использования методов расчета гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия

Расчетное землетрясение

Класс сооружений

I-II

III-IV

I-IV

Водоподпорные сооружения

Остальные ГТС

ПЗ

ДТ

ЛСТ

ЛСТ

МРЗ

ДТ

-

-

5.1.7.13 В расчетах сейсмостойкости гидротехнических сооружений с использованием динамической теории (ДТ) сейсмическое ускорение основания задается расчетной акселерограммой землетрясения (РА).

В качестве исходного сейсмического воздействия могут задаваться также велосиграммы либо сейсмограммы.

Гидротехнические сооружения рассчитываются по ДТ на ПЗ, как правило, с применением линейного временного динамического анализа, а на МРЗ - нелинейного или линейного временного динамического анализа.

5.1.7.14 В расчетах сооружений на ПЗ по ЛСТ материалы сооружения и основания считаются линейно-упругими; в поведении системы «сооружение-основание» отсутствует геометрическая, конструктивная или физическая нелинейность.

Плотность материалов сооружений и грунтов оснований следует определять согласно указаниям ГОСТ 12536-79, ГОСТ 30416-96, ГОСТ 5180-84, а также норм проектирования конкретных видов сооружений. При этом плотность материалов и грунтов устанавливается с учетом степени их водонасыщения.

Динамические деформационные и прочностные характеристики материалов сооружений и грунтов оснований при расчете сейсмостойкости гидротехнических сооружений следует определять экспериментально, в том числе - с использованием геофизических методов.

При отсутствии экспериментальных данных эти характеристики допускается определять по корреляционным связям со статическими характеристиками.

5.1.7.15 При наличии в основании, боковой засыпке или теле гидротехнического сооружения водонасыщенных несвязных или слабосвязных грунтов следует выполнять исследования для оценки области и степени возможного разжижения этих грунтов при сейсмических воздействиях.

При этом следует учитывать также влияние возможных при сейсмических воздействиях других видов локальных разуплотнений и разрушений грунта (например, при наличии в указанных элементах сооружения глинистых тиксотропных грунтов - возможность текучести этих грунтов).

5.1.7.16 При расчетах гидротехнических сооружений на ПЗ оценка их прочности и устойчивости выполняется по критериям, принятым в нормах проектирования конкретных видов сооружений. Эти критерии должны соответствовать требованиям, предъявляемым к сооружениям при расчете их на ПЗ.

Для оценки прочности и устойчивости сооружений при расчете на МРЗ должны использоваться специально разработанные критерии, обеспечивающие выполнение требований п. 5.1.7.3 и принятые проектной организацией.

5.1.7.17 Для определения напряженно-деформированного состояния гидротехнического сооружения при сейсмических воздействиях следует применять расчетные схемы, как правило, соответствующие расчету сооружения на нагрузки и воздействия основного сочетания. При этом следует учитывать направление сейсмического воздействия относительно сооружения и пространственный характер колебаний сооружения при землетрясении.

5.1.7.18 В расчетах прочности гидротехнических сооружений с учетом сейсмических воздействий в случае контакта боковых граней сооружения с грунтом (в том числе - наносами) следует учитывать влияние сейсмических воздействий на боковое давления грунта.

5.1.7.19 Проверка устойчивости гидротехнических сооружений и их оснований с учетом сейсмических нагрузок должна производиться в соответствии с указаниями приложения Д.

В тех случаях, когда по расчетной схеме при потере устойчивости сооружение сдвигается совместно с частью грунтового массива, в расчетах устойчивости сооружений и их оснований следует учитывать сейсмические силы в сдвигаемой части расчетной области основания. Применение иных схем учета грунтовых сейсмических сил требует соответствующего обоснования.

При расчете устойчивости откосов сооружений из грунтовых материалов и склонов с использованием ЛСТ сейсмические силы, действующие на сдвигаемую часть откосов и склонов, допускается определять инженерными методами (с учетом примененных методов проверки устойчивости).

5.1.7.20 В тех случаях, когда прогнозируется отложение у верховой грани сооружения наносов, следует учитывать влияние этих наносов в расчетах прочности и устойчивости сооружения при сейсмических воздействиях.

5.1.7.21 В створе сооружения, в зоне водохранилища и нижнем бьефе подлежат проверке на устойчивость участки береговых склонов, потенциально опасные в отношении возможности обрушения при землетрясениях больших масс горных пород и отдельных скальных массивов, результатом чего могут быть повреждения основных сооружений гидроузла, образование волн перелива и затопление населенных пунктов или промышленных предприятий, разного рода нарушения нормальной эксплуатации гидротехнического сооружения.

5.1.7.22 В расчетах устойчивости гидротехнических сооружений, их оснований и береговых склонов следует учитывать возникающие под влиянием сейсмических воздействий дополнительное (динамическое) поровое давление, а также изменения деформационных, прочностных и других характеристик грунта.

5.1.7.23 Подземные сооружения I и II классов на сейсмические воздействия на уровнях ПЗ и МРЗ рассчитываются по ДТ. В этих случаях напряженно-деформированное состояние сооружения определяется из единого динамического расчета системы, включающей вмещающую подземное сооружение грунтовую среду и само сооружение.

В расчетах подземных сооружений типа гидротехнических туннелей, как по ДТ, так и по ЛСТ, следует учитывать сейсмическое давление воды.

5.1.7.24 В расчетах гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия при определении периодов собственных колебаний и сейсмических нагрузок следует учитывать инерционное влияние колеблющейся совместно с сооружением части жидкости. Сейсмическое давление воды на сооружение допускается не учитывать, если глубина водоема у сооружения менее 10 м.

Мероприятия по повышению сейсмостойкости гидротехнических сооружений

5.1.7.25 При необходимости размещения сооружений на участке тектонического разлома основные сооружения гидроузла (плотины, здания ГЭС, водосбросы) следует размещать на едином структурно-тектоническом блоке, в пределах которого исключена возможность взаимных подвижек частей сооружения.

При невозможности исключения взаимных подвижек частей сооружения в проекте должны быть разработаны специальные конструктивные мероприятия, позволяющие воспринять дифференцированные подвижки без ущерба для безопасности сооружения.

5.1.7.26 Строительство водоподпорных и других сооружений, входящих в состав напорного фронта, на оползнеопасных участках допускается только при осуществлении мероприятий, исключающих образование оползневых деформаций в основании сооружения и береговых склонах в створе сооружения.

5.1.7.27 При возможности нарушения устойчивости сооружения, а также развития чрезмерных деформаций в теле сооружения и в основании вследствие разжижения и других деструктивных изменений состояния грунтов в основании или теле сооружения под влиянием сейсмических воздействий следует предусматривать искусственное уплотнение или укрепление этих грунтов.

5.1.7.28 Для каменно-земляных плотин в сейсмических районах с верховой стороны ядер и экранов следует предусматривать устройство фильтров (переходных слоев), при этом подбор состава первого слоя фильтра должен обеспечивать кольматацию (самозалечивание) трещин, которые могут образоваться в противофильтрационном элементе при землетрясении.

5.1.7.29 Верховые водонасыщенные призмы плотин из грунтовых материалов следует проектировать из крупнозернистых грунтов с повышенными коэффициентами неоднородности и фильтрации (каменная наброска, гравелистые, галечниковые грунты и др.).

5.1.7.30 С целью повышения устойчивости при сейсмических воздействиях верховой упорной призмы плотин из грунтовых материалов с ядрами или диафрагмами надлежит разрабатывать мероприятия, обеспечивающие снижение избыточного порового давления в грунтах.

Геодинамический мониторинг гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации

5.1.7.31 В проектах водоподпорных сооружений I и II классов при расчетной сейсмичности площадки строительства для ПЗ 7 баллов и выше, а также при возможности опасных проявлений других геодинамических процессов (современных тектонических движений, оползней, резких изменений напряженно-деформированного состояния или гидрогеологического режима верхних частей вмещающей геологической среды и др.), следует предусматривать создание комплексной системы геодинамического мониторинга, включающей:

- сейсмологический мониторинг за естественными и техногенными землетрясениями на участке плотины и в зоне водохранилища;

- инженерно-сейсмометрический мониторинг на сооружениях и береговых примыканиях;

- геофизический мониторинг физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния сооружения и основания, а также района расположения гидроузла;

- геодезический мониторинг деформационных процессов, происходящих в сооружении и основании, а также земной поверхности в районе водохранилища;

- тестовые динамические испытания сооружения;

- проведение поверочных расчетов сейсмостойкости и оценка сейсмического риска в случае изменения сейсмических условий площадки строительства, свойств основания и сооружения во время эксплуатации;

- систему мероприятий, осуществленных персоналом действующего гидротехнического сооружения по снижению негативного влияния опасных геодинамических процессов и явлений.

Конкретные составы и методы наблюдений и исследований должны разрабатываться по заданию федеральных органов надзора специализированной проектной или исследовательской организацией и охватывать период от начала строительства до конца эксплуатации гидротехнического сооружения.

5.1.7.33 Сейсмологический мониторинг проводится для оперативного слежения за сейсмическим режимом и его изменением во времени. Специальной задачей исследований является выявление взаимосвязи сейсмичности района с режимом эксплуатации водохранилища.

Проект сейсмологического мониторинга разрабатывается с учетом расположения основных сейсмогенерирующих зон, величин максимально возможных магнитуд ожидаемых землетрясений, а также возможных изменений сейсмического фона за весь период наблюдений.

5.1.7.34 Инженерно-сейсмометрический мониторинг должен обеспечивать оперативную информацию о реакции сооружения на сейсмические воздействия. Схема размещения сейсмометрических пунктов наблюдений разрабатывается на основе результатов динамических расчетов сооружения, а также опыта натурных и модельных исследований.

5.1.7.35 Геофизический мониторинг проводится для контроля за изменением во времени физико-механических свойств и напряженно- деформированного состояния плотины и основания на различных масштабных уровнях.

Геофизический мониторинг выполняется по специальной программе, предусматривающей проведение регулярных, с установленной проектом периодичностью, повторных сейсмических, ультразвуковых и других исследований. Программа геофизического мониторинга составляется на стадии проектирования гидротехнического сооружения.

5.1.7.36 На водоподпорных сооружениях, при сдаче их в эксплуатацию, а затем через каждые 5 лет, следует проводить силами специализированных организаций тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов.

В процессе динамического тестирования должны быть определены собственные частоты и формы колебаний, затухание по формам, амплитудно-частотные характеристики динамической податливости.

Динамические характеристики сооружения устанавливаются при нормальном подпорном уровне и при уровне мертвого объема воды в водохранилище.

5.1.7.37 Все текущие данные геодинамического мониторинга должны поступать в специальный банк данных для совместной обработки и интерпретации. Данные об изменении геодинамической обстановки должны поступать и анализироваться в режиме, близком к реальному масштабу времени.

5.1.7.38 Все гидротехнические сооружения независимо от их назначения, класса, конструкции и материала изготовления должны подвергаться обследованию после каждого сейсмического воздействия интенсивностью 5 баллов и выше. При этом должны быть оперативно проанализированы показания всех видов КИА, установленной в сооружении, а также проведен осмотр сооружения. На основании установленных фактов проводится экспертная и расчетная оценка прочности, устойчивости и эксплуатационных качеств сооружения.

5.2 Правила производства работ при возведении гидротехнических сооружений

Правила производства работ

5.2.1 Обязательным условием создания безопасных, надежных и долговечных гидротехнических сооружений является производство работ при их возведении по определенным правилам.

5.2.2 При строительстве бетонных, железобетонных и сталежелезобетонных сооружений должны соблюдаться правила производства бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений, приведенные в приложении Е. При этом для строительства гидротехнических сооружений I и II классов на основе этих правил, как правило, должны быть разработаны специальные местные технологические правила производства работ, учитывающие конкретные особенности и условия данного строительства. Местные технологические правила должны являться составной частью проекта и согласовываться Заказчиком, Проектировщиком и Подрядчиком.

5.2.3 Для строительства грунтовых гидротехнических сооружений I-III классов, из-за разнообразия их конструктивных решений, применяемых грунтов, условий и методов их возведения, в составе их проектов должны быть разработаны технологические правила производства работ, учитывающие конкретные особенности и условия данного строительства. Технологические правила также должны являться составной частью проекта и согласовываться с Заказчиком, генпроектировщиком и генподрядчиком.

5.2.4 Реконструкции (или ремонты) гидротехнических сооружений должны выполняться по проектам, разработанным на основе действующих нормативных документов, и включать специальные технологические правила выполнения таких работ для конкретного объекта.

5.2.5 Строительство гидротехнических сооружений должно осуществляться специализированными подрядными строительными и монтажными организациями, располагающими необходимым опытом и специальным строительно-монтажным оборудованием.

5.2.6 При реконструкции, ремонте или расширении действующих гидротехнических сооружений строительные работы должны выполняться методами, обеспечивающими сохранность существующих сооружений и подземных коммуникаций, находящихся в зоне строительства и не подлежащих сносу.

Технические требования к материалам для строительства гидротехнических сооружений

5.2.7 При создании гидротехнических сооружений должны применяться строительные материалы, качество которых отвечает требованиям ГОСТ, перечисленным в п. 5.1.3.8 Стандарта.

6 Приемка гидротехнических сооружений в эксплуатацию

6.1 Законченные строительством гидроэлектростанции или их пусковые комплексы должны быть введены в эксплуатацию в порядке, установленном Федеральным Законом РФ «Градостроительный кодекс Российской Федерации» от 29.12.2004 № 190-ФЗ и действующими нормативными документами. Это требование распространяется также на ввод в эксплуатацию гидроэлектростанций после расширения и реконструкции.

Для ввода объекта в эксплуатацию застройщик обращается в федеральный орган исполнительной власти, орган исполнительной власти субъекта Российской Федерации или орган местного самоуправления, выдавшие разрешение на строительство, с заявлением о выдаче разрешения на ввод объекта в эксплуатацию (ГСК РФ, ст. 55, ч.2).

6.2 Для приемки законченной строительством гидроэлектростанции (пускового комплекса ГЭС, объекта реконструкции, расширения) инвестор (застройщик) создает приемочную комиссию, основной задачей которой является проверка соответствия сдаваемого объекта требованиям технических регламентов, применяемых стандартов, проектной документации, техническим условиям. Заказчик и подрядчик предъявляют приемочной комиссии сдаваемый объект и всю необходимую документацию. Приемочная комиссия на основании предъявленных материалов и освидетельствования объекта принимает решение о соответствии этого объекта установленным требованиям и о возможности его эксплуатации. Приемочная комиссия составляет акт приемки, который должен быть утвержден лицом (органом), назначившим комиссию. Акт приемочной комиссии является документом, подтверждающим соответствие построенного, реконструированного, отремонтированного объекта требованиям технических регламентов, проектной документации и техническим условиям, и предъявляется застройщиком органу, выдавшему разрешение на строительство, для получения от него разрешения на ввод объекта в эксплуатацию.

6.3 Приемочная комиссия назначается инвестором (застройщиком) не позднее, чем за 6 месяцев до установленного срока сдачи в эксплуатацию пускового комплекса ГЭС и не позднее, чем за месяц до затопления котлована ГЭС или начала наполнения водохранилища.

6.4 В обязательный состав приемочной комиссии включаются представители инвестора (застройщика, заказчика), органов исполнительной власти или самоуправления, подрядчиков, проектной организации, эксплуатирующей организации, федеральных (региональных, муниципальных) органов, специально уполномоченных в области безопасности гидротехнических сооружений, промышленной безопасности, охраны окружающей среды, пожарной безопасности, охраны труда, землепользования, водопользования и использования водных ресурсов и других органов государственного надзора, которым подконтролен сдаваемый объект. Председателем приемочной комиссии назначается представитель инвестора (застройщика), назначившего комиссию.

Инвестор вправе включить в состав приемочной комиссии представителей других заинтересованных организаций с правом совещательного голоса.

6.5 При приемке гидротехнических сооружений приемочная комиссия должна установить соответствие принимаемых в эксплуатацию сооружений:

- Федеральному закону № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21 июля 1997 г.;

- Федеральному Закону РФ «Градостроительный кодекс Российской Федерации» от 29.12.2004 № 190-ФЗ;

- проекту, прошедшему государственную экспертизу;

- стандартам;

- строительным нормам и правилам, оговоренным в подрядных договорах между Заказчиком и проектными организациями, между Заказчиком и подрядными строительно-монтажными организациями;

- техническим условиям на выполнение отдельных видов работ (бетонных, грунтовых, укрепительных и др.);

- требованиям органов государственного надзора по безопасности гидротехнических сооружений, промышленной безопасности, охраны труда и пожарной безопасности;

- условиям и критериям безопасности, изложенным в декларации безопасности гидротехнических сооружений в составе технического проекта.

6.6 Перед приемкой в эксплуатацию гидротехнические сооружения должны быть проверены в соответствии с программой постановки под напор, разработанной проектной организацией, согласованной с техническим руководителем ГЭС и утвержденной Заказчиком.

Проверка отдельных узлов и элементов гидротехнических сооружений должна проводиться в период их возведения, ремонта или реконструкции с составлением актов на скрытые работы.

6.7 До предъявления законченных строительством гидротехнических сооружений приемочным комиссиям, рабочие комиссии, назначаемые Заказчиком, должны проверить:

- соответствие гидротехнических сооружений и смонтированного на них оборудования и аппаратуры проектам;

- соответствие выполнения строительно-монтажных работ требованиям строительных норм и правил;

- результаты испытаний оборудования и сооружений;

- подготовленность объектов к эксплуатации, включая выполнение мероприятий по обеспечению на них условий труда в соответствии с требованиями техники безопасности и производственной санитарии, защите природной среды, и только после этого дать свое заключение о готовности гидротехнических сооружений к приемке в эксплуатацию.

Порядок и продолжительность работы рабочих комиссий определяется Заказчиком по согласованию с Генеральным подрядчиком.

6.8 В состав рабочих комиссий включаются представители заказчика (председатель комиссии), генерального подрядчика, субподрядных организаций, эксплуатационной организации, генерального проектировщика, органов государственного санитарного надзора, органов государственного пожарного надзора и органов государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений.

6.9 Генеральный подрядчик представляет рабочим комиссиям следующую документацию:

- перечень организаций, участвовавших в производстве строительно-монтажных работ, с указанием видов выполненных ими работ и фамилий инженерно-технических работников, непосредственно ответственных за выполнение этих работ;

- комплект рабочих чертежей на строительство предъявляемого к приемке объекта, разработанных проектными организациями, с надписями о соответствии выполненных в натуре работ этим чертежам или внесенным в них изменениям, сделанными лицами, ответственными за производство строительно-монтажных работ. Указанный комплект рабочих чертежей является исполнительной документацией;

- сертификаты, технические паспорта или другие документы, удостоверяющие качество материалов, конструкций и деталей, примененных при производстве строительно-монтажных работ;

- акты об освидетельствовании скрытых работ и акты о промежуточной приемке отдельных ответственных конструкций (опор и пролетных строений мостов, арок, сводов, подпорных стен, несущих металлических и сборных железобетонных конструкций);

- акты об индивидуальных испытаниях смонтированного оборудования; акты об испытаниях технологических трубопроводов, внутренних систем холодного и горячего водоснабжения, канализации, газоснабжения, отопления и вентиляции, наружных сетей водоснабжения, канализации, теплоснабжения, газоснабжения и дренажных устройств; акты о выполнении уплотнения (герметизации) вводов и выпусков инженерных коммуникаций в местах прохода их через подземную часть наружных стен зданий в соответствии с проектом (рабочим проектом);

- акты об испытаниях внутренних и наружных электроустановок и электросетей;

- акты об испытаниях устройств телефонизации, радиофикации, телевидения, сигнализации и автоматизации;

- акты об испытаниях устройств, обеспечивающих взрывобезопасность, пожаробезопасность и молниезащиту;

- акты об испытаниях прочности сцепления в кладке несущих стен каменных зданий, расположенных в сейсмических районах;

- журналы производства работ и авторского надзора проектных организаций, материалы обследований и проверок в процессе строительства органами государственного и другого надзора.

6.10 Дефекты и несоответствия параметров гидротехнических сооружений проектной документации, выявленные в ходе строительства, а также при постановке гидротехнических сооружений под напор, должны быть устранены исполнителями строительно-монтажных работ до приемки сооружений в эксплуатацию. Приемка в эксплуатацию гидротехнических сооружений с дефектами не допускается.

6.11 Комиссия (подкомиссия) по приемке гидротехнических сооружений в эксплуатацию должна оценить качество выполненных строительно-монтажных работ, надежность и безопасность созданных гидротехнических сооружений, а также полноту технической документации, подготовленной и исправленной в процессе строительства (ремонта, реконструкции ГТС).

6.12 Заказчик (застройщик) должен представить Приемочной комиссии документацию, подготовленную рабочей комиссией и подтверждающую соответствие выполненных работ, материалов, конструкций, технологического оборудования и инженерных систем утвержденному проекту и требованиям нормативных документов, включая исполнительные схемы, результаты лабораторных испытаний и акты на скрытые работы.

6.13 Приемочная комиссия обязана принять решение о сроках затопления котлована ГЭС и перекрытия русла реки на основании проверки актов рабочих комиссий о готовности сооружений, технических систем и оборудования.

6.14 Акт о готовности к вводу объекта в эксплуатацию должен быть подписан всеми членами Приемочной комиссии, каждый из которых несет ответственность за принятые комиссией решения в пределах своей компетенции. Акт приемки утверждается органом, назначившим приемочную комиссию.

Приемочная комиссия слагает свои полномочия после утверждения акта приемочной комиссии либо в установленный срок окончания работы комиссии, если приемка объекта не состоялась.

6.15 В случае отказа отдельных членов приемочной комиссии от подписи в акте они должны представить председателю комиссии обоснование и заключения соответствующих органов, представителями которых они являются, с изложением замечаний по вопросам, входящим в их компетенцию. Указанные замечания должны быть сняты с участием органов, выдавших заключения. Объекты, по которым такие замечания не сняты в установленный для работы комиссии срок, должны быть признаны комиссией не подготовленными к вводу в эксплуатацию.

6.16 Дефекты и недоделки, допущенные в ходе строительства и монтажа и выявленные в процессе испытаний и пробных пусков, должны быть устранены строительными, монтажными организациями и организациями-изготовителями.

6.17 При сдаче гидротехнических сооружений в эксплуатацию эксплуатирующей организации должны быть переданы:

- контрольно-измерительная аппаратура (КИА) и все данные наблюдений по ней в строительный период - подрядной строительной организацией;

- данные анализа результатов натурных наблюдений, инструкции по организации наблюдений, методы обработки и анализа натурных данных с указанием предельно допустимых по условиям устойчивости и прочности сооружений показаний КИА - проектной организацией.

Библиография

[1] СНиП II-02-97. Инженерные геологические изыскания в строительстве

[2] Здания и сооружения объектов энергетики. Методика оценки технического состояния (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[3] СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик

[4] Здания ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[5] СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах

[6] Гидроэлектростанции. Условия создания. Нормы и требования (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[7] Механическое оборудование гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Типовые нормы и требования (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[8] Гидротехнические сооружения ГЭС и ГАЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования. (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[9] Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Нормы и требования (Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС России»)

[10] Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования

Ключевые слова: Гидроэлектростанция (ГЭС), гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС), гидротехнические сооружения (ГТС), эксплуатация, техническое обслуживание, стандарт организации (СТО), плотина бетонная, плотина из грунтовых материалов, деривация, водопропускные и водопроводящие сооружения.

Руководитель организации-разработчика

НП «Гидроэнергетика России»

Исполнительный директор _______________________________________P.M. Хазиахметов

Руководитель разработки

главный эксперт, к.т.н. __________________________________________B.C. Серков

Соисполнитель

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

Исполнительный директор _______________________________________Е.Н. Беллендир

Руководитель разработки

Директор Экспертного центра, к.т.н _______________________________А.Г. Василевский

Исполнители

Главный научный сотрудник,

д.т.н., проф. ____________________________________________________А.Л. Гольдин

Главный научный сотрудник, д.т.н _________________________________В.Б. Судаков

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ГЭС И ГАЭС.
УСЛОВИЯ СОЗДАНИЯ.
НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЯ А, Б
Книга 1

Приложение А
(обязательное)

Правила проектирования оснований гидротехнических сооружений

Введение

Настоящее приложение устанавливает основные обязательные требования, которые должны быть соблюдены при проектировании и обустройстве оснований гидротехнических сооружений.

В настоящем приложении содержатся указания по составу задач, решаемых при обосновании проектов оснований гидротехнических сооружений: составу натурных наблюдений и КИА, инженерно-геологической и расчетной схематизации оснований, оценке прочности оснований и устойчивости сооружений, расчетам фильтрации, напряжений и деформаций в системе сооружение - основание, разработке мероприятий по сопряжению сооружений с основанием и охране окружающей среды.

Введены требования вероятностной оценки надежности и допустимого уровня вероятности отказа.

1 Область применения

Требования настоящего приложения распространяются на проектирование оснований речных гидротехнических сооружений.

При этом требования, относящиеся к расчету оснований гидротехнических сооружений, распространяются на проектирование и расчет оснований грунтовых, бетонных и железобетонных плотин и дамб всех классов, а также естественных склонов и искусственных откосов на участках расположения гидротехнических сооружений.

При проектировании оснований гидротехнических сооружений, предназначенных для строительства в сейсмических районах, в условиях распространения многолетнемерзлых, просадочных, пучинистых, набухающих, биогенных, засоленных грунтов и карста, следует соблюдать также нормы и правила, предусмотренные соответствующими нормативными документами.

Проектирование гидротехнических сооружений на закарстованных основаниях и легководорастворимых породах (каменная соль, гипс и т.п.) должно осуществляться на основе результатов специальных исследований и требований, разрабатываемых в каждом случае с учетом конкретных инженерно-геологических условий участка возведения сооружения, типа и условий эксплуатации последнего.

Настоящие нормы не распространяются на проектирование подземных гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

То же, что в разделе 2 Стандарта.

3 Термины и определения (в дополнение к разделу 3 Стандарта)

3.1 основание гидротехнического сооружения (имеется в виду грунтовое основание): Область грунтового массива, активно взаимодействующая с гидротехническим сооружением.

3.2 грунт: Обобщенное понятие горных пород, залегающих преимущественно в пределах зоны выветривания земной коры (подразделяется наскальный, полускальный и нескальный - рыхлый).

3.3 предельное состояние: Состояния системы сооружение - основание или ее элементов, после достижения которых, они перестают удовлетворять нормативным требованиям.

3.4 несущая способность (общая прочность, устойчивость) системы сооружение - основание: Способность «системы» воспринимать, не разрушаясь, нагрузки и воздействия.

3.5 местная прочность: Свойство грунта, не разрушаясь воспринимать напряжения в локальных областях системы сооружение - основание.

3.6 длительная прочность: Прочность грунта при нагрузках и воздействиях, действующих в течение определенного (расчетного) времени.

3.7 надежность системы сооружение - основание: Способность «системы» выполнять заданные функции.

3.8 предельное равновесие: Состояние системы сооружение - основание или ее элементов, соответствующее предельно возможным напряжениям и деформациям, после достижения которых происходит потеря несущей способности (общей прочности, устойчивости или местной прочности).

3.9 ползучесть: Проявление вязких свойств грунта, выражающееся в возможности деформироваться во времени при неизменном напряженном состоянии и изменять во времени (релаксировать) напряженное состояние при неизменных деформациях в отсутствии избыточного давления в поровой жидкости.

3.10 давление покоя: Боковое давление грунта на неподвижную грань сооружения или его элемента.

3.11 активное давление: Боковое давление грунта на верховую грань сооружения или его элемента при перемещении этой грани от контактируемого грунта в условиях, когда этот грунт перешел в состояние предельного равновесия и дальнейшее сколь угодно малое увеличение нагрузки приводит к образованию в нем призмы обрушения.

3.12 пассивное давление: Боковое давление грунта на низовую грань сооружения или его элемента при перемещении этой грани в сторону контактируемого грунта в условиях, когда этот грунт перешел в состояние предельного равновесия и дальнейшее сколь угодно малое увеличение нагрузки приводит к образованию в нем призмы выпора.

3.13 оползень: Развивающееся во времени под действием собственного веса смещение грунтовой массы естественного склона или искусственного откоса, которое в пределе может приводить к состоянию предельного равновесия (потере устойчивости).

3.14 инженерно-геологические элементы (ИГЭ): Области грунта, характеризуемые в пределах каждого ИГЭ комплексом постоянных (однородных) показателей состава, строения, состояния и свойств грунтов (или одним из них)

3.15 инженерно-геологическая схема (модель): Схематизированное отображение пространственного размещения в основании инженерно-геологических элементов (ИГЭ).

3.16 расчетные грунтовые элементы (РГЭ): Области грунта, характеризуемые конкретной физико-математической моделью грунта и набором численных значений физико-механических характеристик, соответствующих этой математической модели.

3.17 расчетная геомеханическая схема (модель) основания или грунтового сооружения: Неотъемлемая часть конкретного расчетного метода оценки работы системы сооружение - основание, схематизирующая отображение пространственного размещения в основании или грунтовом сооружении расчетных грунтовых элементов (РГЭ).

4 Общие положения

4.1 Проектирование оснований гидротехнических сооружений должно выполняться на основе:

- результатов инженерно-геологических, геокриологических и гидрогеологических изысканий и исследований, содержащих данные о структуре, составе, физико-механических и теплофизических характеристиках элементов массива грунта, напорах, уровнях и химизме подземных вод, областях их питания и дренирования, наличия мерзлоты и т.д.;

- данных о сейсмической активности района возведения сооружения;

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

- данных, характеризующих возводимое гидротехническое сооружение (тип, конструкцию, размеры, порядок возведения, действующие нагрузки, воздействия, условия эксплуатации и т.д.);

- местных условий строительства;

- технико-экономического сравнения вариантов проектных решений, обеспечивающего принятие оптимального варианта с рациональным использованием прочностных, деформационных или других свойств грунтов основания и материалов возводимого сооружения при наименьших приведенных затратах и выполнении требований надежности -технической, социальной и экологической безопасности объекта.

4.2 При проектировании оснований гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений, а также охрану окружающей среды на всех стадиях их строительства и расчетного срока эксплуатации. Для этого при проектировании следует выполнять:

- оценку инженерно-геологических условий в области взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой и прогноз их изменения в строительный и эксплуатационный периоды;

- расчет несущей способности основания и устойчивости сооружения;

- расчет местной прочности основания;

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

- расчет деформаций системы сооружение - основание в результате действия собственного веса сооружения, давления воды, грунта и т.п. и изменения строения и свойств грунтов (деформационных, прочностных, фильтрационных и теплофизических) 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 фильтрационной прочности основания, противодавления воды на сооружение и фильтрационного расхода, а также при необходимости - объемных фильтрационных сил и изменения фильтрационного режима при изменении напряженного состояния основания;

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

- разработку мероприятий, направленных на сохранение благоприятной окружающей среды или улучшение экологической обстановки по сравнению с естественной;

- разработку разделов деклараций безопасности, касающихся надежности оснований.

4.3 При проектировании и расчетах гидротехнических сооружений следует учитывать, что сооружение и основание представляют собой взаимосвязанные и взаимодействующие элементы единой системы.

Расчеты оснований для обеспечения технической надежности (расчеты несущей способности, прочности, в том числе фильтрационной, деформаций и смещений) должны выполняться детерминистическими методами. Основополагающим условием обеспечения надежности при этом является условие:

                                                                                                           (A.1)

Здесь F0 - соответствующее эксплуатационным условиям расчетное значение обобщенного параметра, по которому производится оценка надежного состояния;

R0 - соответствующее предельно допустимым условиям расчетное значение обобщенного параметра, по которому производится оценка предельного состояния;

γn - коэффициент надежности по ответственности сооружения;

γlc - коэффициент сочетаний нагрузок;

γc - коэффициент условий работы.

Указания по определению γn, γlc, γc даны в 4.5 и других соответствующих разделах настоящего приложения.

4.4 Нагрузки и воздействия на основание должны определяться расчетом, исходя из совместной работы сооружения и основания в соответствии с требованиями Приложения Ж Стандарта.

Величина и направление сейсмических воздействий должны определяться в соответствии с указаниями 5.1.7 Стандарта.

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

Деление расчетов на две группы предельных состояний учитывает характер возможных последствий при достижении соответствующего предельного состояния.

Меньшая значимость возможных последствий при достижении предельных состояний второй группы по сравнению с предельными состояниями первой группы учитывается регламентацией соответственно и менее жестких расчетных условий. В связи с этим в условии (А.1) принимаются следующие значения коэффициентов надежности:

для первой группы предельных состояний:

- γn для сооружений I, II, III и IV классов соответственно равен 1,25; 1,20; 1,15; и 1,10;

- γlc принимается равным:

- для основного сочетания нагрузок: 1,00;

- для особого сочетания нагрузок, включающего особые нагрузки повторяемостью 1 раз в 100 или менее лет: 1,00;

- для особого сочетания нагрузок, включающего особые нагрузки повторяемостью реже, чем 1 раз в 1000 лет (в том числе сейсмические нагрузки уровня МРЗ): 0,90;

- для особого сочетания нагрузок, включающих особые нагрузки повторяемостью реже, чем 1 раз в 100 лет, но чаще, чем 1 раз в 1000 лет – по интерполяции между значениями 1,00 и 0,90;

- для сочетания нагрузок в периоды строительства и ремонта: 0,95;

для второй группы предельных состояний во всех случаях γn = γlc = 1.

Значения коэффициента γc регламентируются в зависимости от видов сооружений, оснований и расчетов в соответствующих разделах настоящего документа.

4.5.1 Расчеты по первой группе должны выполняться с целью недопущения следующих предельных состояний, исключающих полную непригодность к эксплуатации:

- 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 водотоков, 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).

К первой группе предельных состояний должны быть отнесены также расчеты перемещений сооружений или их конструктивных элементов, поведение которых может приводить к невозможности эксплуатации технологических систем объекта.

Откосы, расположенные в непосредственной близости от сооружений и в местах примыкания последних, должны, как правило, рассчитываться на устойчивость по первой группе предельных состояний. Если потеря устойчивости таких откосов не приводит сооружение в состояние, непригодное к эксплуатации, то расчеты откосов следует вести по второй группе предельных состояний.

4.5.2 Расчеты по второй группе должны выполняться с целью недопущения следующих предельных состояний, обуславливающих непригодность сооружений и их оснований к нормальной эксплуатации:

- нарушений местной прочности отдельных областей основания, приводящих к повышению противодавления, увеличению фильтрационного расхода, перемещений и наклона сооружений и др.);

- проявлений ползучести и трещинообразования в грунтах;

- перемещений сооружений и грунтов в основании, приводящих к осложнениям в эксплуатации объекта, кроме случаев, указанных в 4.5.1 настоящего приложения.

- потери устойчивости склонов и откосов, вызывающей частичный завал канала или русла, входных отверстий водоприемников и другие последствия; если потеря устойчивости склонов может привести сооружение в состояние, непригодное к эксплуатации, расчеты устойчивости таких склонов следует производить по предельным состояниям первой группы;

В том случае, когда расчеты местной прочности основания свидетельствуют о возможности потери несущей способности основания в целом, должны быть предусмотрены мероприятия по увеличению прочности основания или изменению конструкции системы сооружение - основание и выполнены расчеты по первой группе предельных состояний.

4.6 При проектировании оснований гидротехнических сооружений, подверженных действию динамических (волновых, ветровых, ледовых, технологических, эксплуатационных, а также сейсмических) нагрузок расчеты оснований следует производить с учетом в необходимых случаях динамического характера взаимодействия сооружения с основанием (используя, как правило, нелинейные модели грунтов) и возможного изменения свойств грунтов при динамических (циклических) воздействиях.

Расчет оснований гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия должен проводиться в соответствии с требованиями 5.1.7 Стандарта.

4.7 Наряду с детерминистическими методами расчета прочности оснований и устойчивости гидротехнических сооружений рекомендуется использовать вероятностные методы оценки их надежности и отказов.

При оценке вероятности отказа системы сооружение- основание следует оценивать вероятность выполнения условия

R - Fk > 0 ≤ [Q]                                                                                                           (A.2)

При этом обобщенная сила предельного сопротивления R и обобщенное силовое воздействие Fk, соответствующее k-му сочетанию нагрузок, рассматриваются как величины, имеющие случайный характер; [Q] - нормативный уровень отказа (потери прочности, устойчивости и т.д.)

Значения нормативных уровней вероятности отказа (потери устойчивости сооружения, прочности основания) [Q], отнесенные к сроку службы сооружения Тo, допускается принимать на основе статистических данных по отказам (авариям) и повреждениям. При отсутствии таких данных допускается пользоваться данными таблицы А.1.

Таблица А.1

№ п/п

Класс гидротехнических сооружений

Вероятность

отказа [Q], 1/год

повреждения [Q'], 1/год

1

Все сооружения I класса и сооружения II класса, входящие в состав напорного фронта

1·10-5

1·10-4

2

Сооружения II класса, не входящие в состав напорного фронта, и III класса в составе напорного фронта

1·10-4

5·10-4

3

Остальные сооружения III класса

5·10-4

1·10-3

4

Сооружения IV класса

1·10-3

5·10-3

4.8 В проектах оснований сооружений должна быть предусмотрена программа мониторинга, обеспечивающая на основании натурных наблюдений оценку состояния системы сооружение - основание, а также оценку техноприродных процессов, в том числе влияющих на экологическую обстановку, оценку действенности принятых проектом природоохранных мероприятий, проверку, уточнение, корректировку оценок и прогнозов, начиная со строительного периода и на весь срок службы сооружения. В программе мониторинга должно быть уделено повышенное внимание этапам строительства, вводу в эксплуатацию и эксплуатации до стадии стабилизации процессов взаимодействия ГТС с природным комплексом. При необходимости программа должна уточняться на каждом этапе с учетом изменения реальных условий.

4.9 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, как правило, следует определять:

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

- температуру грунта в основании и грунтовом сооружении;

- пьезометрические напоры воды в основании и грунтовом сооружении;

- расход 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;

- поровое давление в основании сооружения;

-сейсмические воздействия на основание.

Определение указанных показателей производится с использованием результатов инструментальных измерений. В дополнение к инструментальным наблюдениям следует предусматривать и визуальные для оперативного выявления внешних проявлений развития неблагоприятных процессов в основании и грунтовых сооружениях.

4.10 При проектировании оснований сооружений I - III классов необходимо предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за состоянием сооружений и их оснований в процессе строительства и в период их эксплуатации как для оперативной оценки надежности отдельных элементов, так и системы сооружение - основание в целом, своевременного выявления дефектов и повреждений в системе, предотвращения аварий, улучшения условий эксплуатации, а также для оценки правильности принятых методов расчета, их совершенствования. Для сооружения IV класса и их оснований, как правило, следует предусматривать геодезические и визуальные наблюдения.

Состав и объем установки в сооружение и его основание контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) должен определяться проектом натурных наблюдений и исследований, который составляется проектной организацией на всех стадиях проектирования и является неотъемлемой частью проекта сооружения.

Примечания

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

2 Для сооружений IV класса инструментальные наблюдения допускается ограничить наблюдениями за фильтрацией в основании, осадками и смещениями сооружения и его основания.

4.11 При проектировании оснований гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены инженерные мероприятия по охране окружающей среды, в том числе по защите прилегающих территорий от затопления и подтопления, от загрязнения подземных вод промышленными стоками, а также по предотвращению оползней береговых склонов и других процессов, способных вызвать негативные явления в береговых примыканиях ГТС и в водохранилище (непроектную волну, переполнение выше ФПУ и т.п.), а также повреждение основных сооружений напорного фронта.

4.12 Экологическое обоснование проекта обустройства основания гидротехнических сооружений должно включать разработку комплекса природоохранных мероприятий при строительстве и эксплуатации сооружений, предусматривающих непревышение допустимого уровня антропогенного вмешательства в природную среду и гарантирующих сохранность природной среды и предотвращение в ней негативных деструктивных процессов. Следует также рассматривать мероприятия, ведущие к улучшению экологической обстановки по сравнению с естественной природной (создание зон рекреации, рекультивации земель и вовлечение их в хозяйственную деятельность человека и т.д.). При этом должны рассматриваться не только район расположения основных сооружений, но и область влияния водохранилища и нижнего бьефа ГТС как в строительный, так и в эксплуатационный периоды. Особое внимание этим вопросам должно быть уделено при возведении сооружений, образовании водохранилищ и т.п. в условиях карстующихся и многолетнемерзлых грунтов.

При проектировании оснований ГТС следует руководствоваться законодательными актами и нормативными документами, устанавливающими требования к охране природной среды при инженерной деятельности.

4.13 Материалы, используемые при строительстве (привозные или местные - грунтовые, льдокомпозитные), химические добавки и реагенты должны проходить санитарную и экологическую экспертизу как самих материалов, так и результатов их воздействия на человека и природную среду.

5 Номенклатура грунтов оснований и их физико-механические характеристики

5.1 Номенклатуру грунтов оснований гидротехнических сооружений и их физико-механические характеристики следует устанавливать согласно требованиям ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» и с учетом указаний настоящего раздела.

Значения физико-механических характеристик грунтов, приведенные в ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», в таблице А.2 и в рекомендуемом справочном приложении А.1 следует рассматривать как классификационные.

Таблица А.2

Классификационная характеристика грунтов

Физико-механические характеристики грунтов

Плотность сухого грунта (в массиве)

ρd. т/м3

Коэффициент пористости (в массиве)

е

Сопротивление одноосному растяжению породных блоков в водонасыщен­ном состоянии

|Rt|, МПа

Модуль деформации грунта (в массиве) Е,·103МПа

А скальные

 

 

 

 

скальные [при пределе прочности на одноосное сжатие отдельности Rc>5 MПa (50 кгс/см2)]:

2,5 - 3,1

< 0,01

≥ 1,0

> 5,0

магматические (граниты, диориты, порфириты и др.);

 

 

 

 

метаморфические (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы, мраморы и др.);

 

 

 

 

осадочные (известняки, доломиты, песчаники и др.)

 

 

 

 

полу скальные [при Rc<5 МПа (50 кгс/см2)]:

2,2 - 2,65

< 0,02

< 1,0

0,1 - 5,0

осадочные (глинистые, сланцы, аргиллиты, алевролиты, песчаники, конгломераты, мелы, мергели туфы, гипсы и др.)

 

 

 

 

Б нескальные

 

 

 

 

крупнообломочные (валунные, галечниковые, гравийные); песчаные

1,4 - 2,1

2,25 - 1,00

-

0,005 - 0,10

пылевато-глинистые (супеси, суглинки и глины)

1,1 - 2,1

0,35 - 4,00

-

0,003 - 0,10

Примечание - ВА приведена классификация массивов скальных грунтов: по степени трещиноватости, водопроницаемости, деформируемости, выветрелости, по нарушению сплошности (разломы и трещины) по степени однородности, а также по степени льдистости скальных и нескальных грунтов и по степени цементации их льдом.

5.2 Для проектирования оснований гидротехнических сооружений в необходимых случаях надлежит определять дополнительно к предусмотренным ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» следующие физико-механические характеристики грунтов:

- коэффициент фильтрации k;

- удельное водопоглощение q;

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

- коэффициент упругой водоотдачи грунта μ1;

- коэффициент гравитационной водоотдачи грунта μ;

- коэффициент порового давления Ku;

- коэффициент консолидации cv;

- содержание водорастворимых солей;

- параметры затухающей ползучести (например, δ и δ');

- параметры трещин (модуль трещиноватости Mj, углы падения αj,d и простирания αj,l, длину lj, ширину раскрытия bj);

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

- скорости распространения продольных vl и поперечных vs волн в массиве;

- коэффициент морозного пучения Kh;

-удельную нормальную и касательную силы пучения σh и τh;

- сопротивление недренированному сдвигу su;

- динамическое сопротивление недренированному сдвигу sdu;

- динамический модуль сдвига Gd;

- динамический модуль объемного сжатия Kd;

- динамический коэффициент затухания (демпфирования) Dd;

- предел прочности отдельности элементарного породного блока скального грунта на одноосное сжатие Rc;

- предел прочности отдельности скального грунта на одноосное растяжение Re;

- предел прочности массива скального грунта на растяжение Rt,m и сжатие Rc,m;

- липкость (предел адгезионной прочности глинистых грунтов) L;

- теплопроводность талого грунта λth;

- теплопроводность мерзлого грунта λf;

- объемная теплоемкость талого грунта cth;

- объемная теплоемкость мерзлого грунта cf;

- коэффициент сжимаемости мерзлого грунта δf;

- коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта δ;

- коэффициент оттаивания Ath;

- температура начала замерзания грунта Tbf.

Набор характеристик из числа указанных определяют в каждом конкретном случае в зависимости от инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей проектируемых сооружений, методов расчетов и т.д.

5.3 Для вновь возводимых сооружений комплекс полевых (включая геофизические и гидрогеологические работы) и лабораторных исследований должен быть направлен на обоснованное определение нормативных и расчетных значений всех характеристик, необходимых как для классификационных целей, так и для разработки инженерно- геологических и расчетных схем (моделей), оснований и оценки надежности систем сооружение - основание.

При обосновании допускается расчетные значения характеристик определять без проведения испытаний на основе аналоговых данных и по апробированным эмпирическим зависимостям.

Нормативные и расчетные значения характеристик tgφ и с (параметров сопротивляемости сдвигу), sdu, Gd; Kd; Dd; Rc, Rt, Rt,m, E (модуля деформации), v (коэффициента поперечной деформации), Ku; cv; δ; δ'; Vp; Vs; k; q; Icr; Vcr; μ1; μ должны устанавливаться в соответствии с требованиями данного приложения, а остальных характеристик - в соответствии с требованиями государственных стандартов на определение соответствующих характеристик.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов для оценки поведения и состояния гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации устанавливаются на основе данных проекта, результатов геотехнического контроля в процессе возведения сооружений и с учетом данных натурных наблюдений и обследований.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов при дополнительных изысканиях для целей ремонта, реконструкции и эксплуатации должны устанавливаться по специальной программе. Программа изысканий должна учитывать специфику существующих сооружений, а методы испытаний и исследований - методы предшествующих испытаний и исследований.

При классификации грунтов должны применять нормативные значения характеристик, при решении задач проектирования - их расчетные значения.

5.4 При определении нормативных и расчетных значений деформационных характеристик, параметров сопротивляемости сдвигу, показателей фильтрационной консолидации и ползучести грунтов по результатам испытаний число последних должно быть не менее 6, при определении остальных характеристик - не менее 10. Условия проведения испытаний в максимально возможной степени должны быть приближены к условиям работы грунта в рассматриваемой системе сооружение - основание.

Расчетные значения характеристик в случаях, оговоренных в нормах на проектирование отдельных видов сооружений, допускается определять по табличным или аналоговым данным.

5.5 Обработка результатов испытаний при определении нормативных и расчетных значений характеристик должна производиться в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний», с учетом указаний настоящего приложения.

Расчетные значения любых характеристик XI,II = Xngg - коэффициент надежности по грунту) в общем случае следует определять в ориентировке либо на нижнюю, либо на верхнюю доверительную статистическую границу, исходя из требования обеспечения гарантированной надежности системы сооружение - основание.

5.6 Во всех случаях при проектировании системы сооружение - основание следует учитывать возможное изменение фильтрационных характеристик, характеристик прочности и деформируемости грунтов в процессе возведения и эксплуатации сооружения, связанное с ведением строительных работ, изменением гидрогеологического режима, воздействием атмосферных факторов, изменением напряженно-деформированного состояния основания, искусственным регулированием физико-механических характеристик грунтов и реологическими свойствами последних.

Для районов распространения многолетнемерзлых пород следует также учитывать изменение температурного режим основания, ведущее к изменению указанных характеристик и теплофизических свойств грунтов.

Допускается промораживание и последующее оттаивание (в том числе неоднократное) грунтов основания для случаев, когда характеристики грунтов при этом не снижаются ниже расчетных значений или когда такое изменение характеристик не приводит к существенному изменению проекта.

Характер и интенсивность возможных изменений свойств грунтов скальных и нескальных оснований в процессе строительства и эксплуатации сооружений должны прогнозироваться на стадии обоснования проекта на весь срок службы сооружения на основе результатов соответствующих модельных и экспериментальных исследований и корректироваться по результатам натурных наблюдений (мониторинга).

Характеристики нескальных грунтов

5.7 Нормативные значения параметров сопротивляемости сдвигу tg φn и cn следует определять применительно к гипотезе прочности Кулона или Кулона-Мора по результатам серии испытаний методом, соответственно, прямого среза (сдвига) или методом трехосного нагружения. Для глинистых грунтов, обладающих ползучестью, значения tg φn и cn должны определяться с учетом возможного изменения прочности во времени.

При определении значений tg φn и cn для инженерно-геологических схем допускается использовать помимо метода среза (сдвига) также методы вращательного среза или зондирования.

Применение метода трехосного нагружения является обязательным для оснований и грунтовых сооружений I и II классов. При этом должна учитываться возможная анизотропия грунтов.

Характеристики tg φn и cn определяют соответствующими или полностью консолидированному, или не полностью консолидированному состояниям.

При воздействии на систему сооружение - основание динамических нагрузок, характеристики прочности грунтов должны определяться по результатам специальных исследований, учитывающих интенсивность и длительность воздействий. Допускается соответствующие эффективным напряжениям характеристики tg φ и c при динамических воздействиях принимать равными характеристикам при статических воздействиях.

5.8 Обработку результатов испытаний при определении нормативных и расчетных значений характеристик tg φ и c по результатам сдвиговых и трехосных испытаний следует производить, используя методы статистической обработки, регламентированные ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний».

При этом значения tg φI и cI следует определять при верхней или нижней доверительной вероятности α = 0,95 с ограничениями в пределах:

или

при ориентировках соответственно на нижнюю или верхнюю доверительную границу.

Значения tg φII и cII следует принимать равными нормативным.

Определение нормативных и расчетных значений параметров сопротивления сдвигу допускается производить по данным корреляционных зависимостей между физическими характеристиками грунта и опытными значениями предельных величин сопротивления сдвигу аналогичных грунтов.

5.9 Нормативные значения статического сопротивления недренированному сдвигу su,n должны определяться как средние арифметические из частных значений этой характеристики, полученных из отдельных испытаний методом трехосного нагружения или скашивания образцов грунта по схеме неконсолидированно-недренированного испытания с доведением образца до разрушения.

Расчетные значения сопротивления недренированному сдвигу su,I должны определяться в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний» при односторонней доверительной вероятности α = 0,95 с ограничением в пределах , если коэффициент надежности по грунту больше единицы, и в пределах , если этот коэффициент меньше единицы. Расчетные значения su,II принимаются равными нормативным значениям su,n.

5.10 Динамическое сопротивление недренированному сдвигу sdu, характеризующее прочность неконсолидированных глинистых грунтов, должно определяться при совместном действии статических и динамических нагрузок.

Нормативные значения sdu,n следует определять по результатам испытаний грунтовых образцов ненарушенной структуры, проведенных после завершения этапа реконсолидации методом трехосного нагружения или методом скашивания по схеме неконсолидированно-недренированного сдвига.

Значение sdu,n определяют как среднеарифметическое сумм частных значений статической и предельной динамической составляющих максимальных касательных напряжений при предельном значении числа циклов.

Расчетные значения su,nI,II рассчитывают при коэффициентах безопасности по грунту, определенных для статической недренированной прочности.

5.11 Нормативные значения статического модуля деформации En нескальных грунтов следует определять по результатам компрессионных испытаний и (или) испытаний методом трехосного нагружения. При этом наряду с указаниями настоящих норм надлежит выполнять также требования ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости». При этом физические показатели образцов грунта (в первую очередь - плотность, влажность и льдистость при мерзлом состоянии) должны соответствовать натурным условиям. Образцы глинистых грунтов из оснований сооружений должны иметь ненарушенное сложение.

При определении En для назначения величин EI,II для расчетных геомеханических схем рекомендуется проведение испытаний как компрессионным методом, так и методом трехосного сжатия с последующим совместным анализом их результатов. Для грунтов оснований и грунтовых сооружений I и II классов проведение испытаний методом трехосного сжатия является обязательным. Траектории нагружения испытуемых образцов грунта и методика обработки результатов испытаний в указанных случаях должны учитывать характер и величины изменения напряжений в расчетных грунтовых элементах (РГЭ) и метод расчета или модельного исследования, для которых предназначены расчетные характеристики. При необходимости следует определять модули деформации E'n, E"n, отвечающие первичному и вторичному нагружению грунта.

При определении En для инженерно-геологических схем для каждого ИГЭ назначают единые постоянные значения этих характеристик.

Нормативные значения En в зависимости от используемого в дальнейшем расчетного метода, могут определяться как постоянными, так и переменными по глубине.

5.12 Расчетные значения модулей деформации EI подсчитываются в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний» при односторонней доверитель ной вероятности α = 0,9. Если при этом на нижней доверительной границе окажется, что En/EI > 1,1 окончательно следует принимать EI = En/1,1. Аналогично, если на верхней доверительной границе окажется, что En/EI < 0,92, окончательно следует принимать EI = En/0,92.

Расчетные значения модулей деформации EII следует принимать равными нормативным.

5.13 Нормативные значения статического коэффициента поперечной деформации vn рекомендуется определять по результатам испытаний методом трехосного нагружения.

Расчетные значения коэффициента поперечной деформации следует принимать равными нормативным.

Расчетные значения коэффициентов v для нескальных грунтов при обосновании допускается принимать по таблице А.3.

Таблица А.3

Грунты

Коэффициент поперечной деформации n

немерзлое состояние

твердомерзлое состояние

Глины при:

 

 

IL < 0

0,20 - 0,30

0,30 - 0,35

0 < IL < 0,25

0,30 - 0,38

0,35 - 0,39

0,25 < IL

0,38 - 0,45

0,39 - 0,41

Суглинки

0,35 - 0,37

0,27 - 0,33

Пески и супеси

0,30 - 0,35

0,20 - 0,25

Крупнообломочные грунты

0,27

0,20 - 0,25

Примечание - Меньшие значения n принимаются при большей плотности грунта.

5.14 При определении динамического модуля сдвига Gd, модуля объемного сжатия Kd и коэффициента затухания (демпфирования) Dd следует иметь в виду, что они характеризуют деформируемость грунтов (как связных, так и несвязных) от действия динамической (циклической) составляющей нагрузок.

Нормативные значения динамических характеристик (Gd, Kd и Dd) следует определять в зависимости от амплитуды деформаций или напряжений как средние статистические из их частных значений, полученных в отдельных испытаниях грунтов методом трехосного сжатия при открытом дренаже. Определение частных значений характеристик Gd и Dd допускается производить по результатам испытаний методом скашивания или резонансных колонн.

5.15 Расчетные значения характеристик GId, KId и DId рекомендуется определять, используя апроксимирующую зависимость их от амплитуд на основе метода наименьших квадратичных отклонений при относительной доверительной вероятности α = 0,9. Допускается эти значения определять с использованием фиксированного коэффициента надежности по грунту γg = 1,1 или γg = 0,92. При определении расчетных значений GdII, KdII и DdII следует принимать γg = 1. В случаях, если при указанном подходе значения DdI,II получаются больше, чем 0,15, их следует принимать равными 0,15.

5.16 Нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента порового давления Ku,n = Ku определяется как среднее арифметическое из частных значений этой характеристики, полученных по результатам отдельных испытаний. Испытания для определения последних должны проводиться методом трехосного сжатия по консолидированно-недренированной схеме.

Для слабых глинистых водонасыщенных грунтов значения коэффициента порового давления рекомендуется уточнять по материалам исследований опытной насыпи, оборудованной КИА.

5.17 Нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента консолидации cv,n = cv определяется как среднее арифметическое из частных значений этой характеристики, получаемых по результатам отдельных испытаний. Применительно к одномерной задаче испытания для определения последних должны проводиться методом трехосного сжатия по консолидированно-недренированной схеме.

Для оснований сооружения II-IV классов, а на ранних стадиях проектирования и для оснований сооружений I класса применительно к одномерной задаче допускается нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента консолидации cv,n = cv определять по результатам фильтрационных испытаний с учетом показателей пористости и уплотнения грунта.

5.18 В качестве параметров затухающей ползучести принимают константы аппроксимирующей зависимости затухающих деформаций грунта от времени (при постоянной нагрузке), имеющей место после завершения первичной (фильтрационной) консолидации.

При этом следует различать параметры, предназначенные для расчетов осадок сооружений и их горизонтальных смещений. Первые из них должны определяться по результатам измерения деформаций сжатия в компрессионных испытаниях, вторые - по результатам измерения деформаций сдвига в испытаниях на скашивание.

Как правило, применительно к реальным срокам эксплуатации сооружений в качестве аппроксимирующих зависимостей рекомендуются логарифмическая или степенная функции (например, с параметрами δ и δ').

Нормативные δn и δ'n и расчетные δI и δ'I значения искомых параметров следует

подсчитывать, используя зависимости, аналогичные приведенным в ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний».

При определении δI и δ'I одностороннюю доверительную вероятность следует принимать равной α = 0,95.

Если значения  при использовании указанного способа окажутся больше 1,1, то окончательно их следует принимать равными γg = 1,1. Аналогично, если окажется, что γg < 0,92, то следует принять γg = 0,92.

Расчетные значения δII и δ'II следует принимать равными их нормативным значениям.

5.19 За нормативное значение коэффициента фильтрации kn следует принимать среднее арифметическое частных значений коэффициента фильтрации грунта, определяемых применительно к ламинарному движению воды по закону Дарси на основе результатов испытаний грунта на водопроницаемость в лабораторных или полевых условиях с учетом воспринимаемого грунтом геостатического давления и нагрузок, возникающих после возведения сооружения, а также с учетом структурных особенностей грунта. При резко выраженной фильтрационной анизотропии, когда водопроницаемость грунта изменяется в зависимости от направления более чем в 5 раз, следует определять коэффициенты фильтрации по главным осям анизотропии.

Расчетные значения коэффициента фильтрации к следует принимать равными нормативным.

Примечание - Для портовых сооружений и речных сооружений III и IV классов расчетные значения коэффициентов фильтрации грунтов основания допускается определять по аналогам, а также расчетом, используя геотехнические характеристики грунтов.

5.20 Расчетные значения осредненного критического градиента напора Icr,m в основании сооружения с дренажем следует принимать по таблице А.4.

Таблица А.4

Грунт

Расчетный осредненный критический градиент напора Icr,m

Песок:

 

мелкий

0,3

средней крупности

0,4

крупный

0,5

Супесь

0,6

Суглинок

0,8

Глина

1,3

Расчетные значения местного критического градиента напора Icr 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 Icr допускается принимать при выходе потока в дренаж 1,0, а за дренажем - 0,3. Для пылевато-глинистых грунтов при наличии дренажа или жесткой пригрузки при выходе на поверхность грунта Icr допускается принимать 1,5, а при деформируемой пригрузке - 2,0.

5.21 Нормативные значения коэффициентов упругой и гравитационной водоотдачи μI,n и μn следует определять в натурных условиях по результатам наблюдений за изменением напоров и уровней воды в грунтовом основании при принудительном изменении напора в определенной точке массива, например, в опытной скважине.

Расчетные значения коэффициентов μ и μI следует принимать равными нормативными. Значения μ и μI оснований сооружений II - IV классов допускается определять по результатам испытаний в лабораторных условиях.

5.22 Липкость (адгезионную прочность) грунта L определяют путем отрыва образца материала от грунтового массива. Нормативное и расчетное значение липкости определяют аналогично определению предела прочности образцов грунта на растяжение.

Характеристики скальных грунтов

5.23 Нормативные значения предела прочности отдельности скального грунта на одноосное сжатие Rc,n и одноосное растяжение Rt,n, а также предела прочности массива скального грунта на одноосное растяжение Rt,m,n и одноосное сжатие Rc,m,n следует определять как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученных в отдельных испытаниях методами сжатия и растяжения, соответственно, в лабораторных условиях и в полевых условиях. В лабораторных условиях допускается также применять косвенные методы испытаний (например, с использованием соосных пуансонов, сферических индикаторов).

5.24 Частные значения пределов прочности на сжатие и растяжение массива следует, как правило, определять экспериментально в полевых условиях методом одноосного сжатия скальных целиков, а вторых - методом отрыва бетонных штампов (по контакту бетон-скала) или скальных целиков (по массиву или трещинам) в условиях одноосного растяжения.

Расчетные значения характеристик прочности RcI и RtI следует определять в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний» при односторонней доверительной вероятности α = 0,95. Расчетные значения характеристик  принимаются равными их нормативным значениям. При обосновании расчетные значения  в направлениях, не совпадающих с нормалями к плоскостям трещин, допускается принимать по таблице А.5, а в направлениях, совпадающих с нормалями к плоскостям сплошных трещин, - принимать равными нулю.

5.25 Нормативные значения параметров сопротивляемости сдвигу tgφn и сn массивов скальных грунтов при статических воздействиях следует определять для всех потенциально опасных расчетных поверхностей или элементарных площадок сдвига по результатам полевых или лабораторных (в том числе модельных) испытаний, проводимых методом медленного среза (сдвига) бетонных штампов или скальных целиков.

Испытания указанными методами и определение по их результатам нормативных значений характеристик tgφn и сn следует производить с учетом условий, соответствующих всем расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

5.26 Обработку результатов испытаний для определения нормативных и расчетных значений характеристик tgφn и сn следует производить так же, как для нескальных грунтов (5.7, 5.8 настоящего приложения).

Если при проведении испытаний не удалось достаточно полно соблюсти соответствие между условиями этих испытаний и натурными условиями, при определении расчетных характеристик tgφI,II и сI,II необходимо учитывать эти несоответствия путем корректировки значений этих характеристик, получаемых вышеуказанным способом.

5.27 Для оснований сооружений III и IY классов, а также для оснований сооружений I и II классов на стадии технико-экономического обоснования строительства расчетные значения характеристик tgφI,II и сI,II, предназначенные для расчетных схем, допускается принимать по таблице А.5 с использованием аналогов, корреляционных связей и т.д. Значения tgφI,II и сI,II для оснований сооружений I и II классов на стадиях проекта и рабочей документации также допускается принимать по этой таблице, если расчеты с использованием этих характеристик не определяют габариты сооружений. Данными этой таблицы допускается пользоваться во всех случаях при определении значений tgφ и с, предназначенных для составления инженерно-геологических схем (моделей).

5.28 Для определения tgφn и сn и на их основе tgφI,II, сI,II при динамических (в том числе сейсмических воздействиях) рекомендуется проводить испытания по специально разрабатываемой методике. Допускается значения tgφI,II, сI,II, соответствующие эффективным напряжениям, принимать равными значениям при статических воздействиях.

5.29 Деформационные характеристики массивов скальных пород (En, Vn, Vp,n, Vs,n) следует определять по результатам испытаний как методами статического нагружения скального грунта (En и Vn), так и динамическими (сейсмоакустическими или ультразвуковыми методами (Vp,n и Vs,n).

Для определения частных значений статических деформационных характеристик рекомендуется использовать зависимости, полученные решением краевых задач теории упругости с граничными условиями, соответствующими условиям нагружения при испытаниях. Частные значения скоростей упругих волн определяют по фиксируемому в испытаниях времени прохождения волн между источником и приемником импульсов.

При проведении как динамических, так и статических испытаний следует для учета возможного влияния на искомые параметры таких факторов, как различные инженерные мероприятия (выемка скалы, укрепительные инъекции), так и вызванные трещиноватостью (анизотропия, неоднородность, нелинейная деформируемость пород, ползучесть) тщательно выбирать место и условия проведения испытаний или использовать обоснованные корректирующие коэффициенты.

5.30 Нормативные значения характеристик деформируемости массивов скальных грунтов и упругих динамических характеристик для ИГЭ и (или) РГЭ следует определять как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученных в отдельных испытаниях. Нормативные значенияEn и Vn допускается также определять, исходя из корреляционной зависимости между статической (En, Vn) и динамической VI,n или Vs,n характеристиками, установленной при сопоставлении частных сопряженных значений этих характеристик, полученных в одних и тех же точках массива, расположенных в разных ИГЭ и (или) РГЭ исследуемого основания.

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 корреляционную зависимость с динамическими характеристиками допускается при обосновании принимать на основе обобщения данных испытаний для аналогичных инженерно-геологических условий.

Для РГЭ нормативные значения En, Vn, VI,n, Vs,n могут также определяться по единой нормативной зависимости данной характеристики от координаты.


Таблица А.5

Кате­го­рия грун­та

Грунты основания

Расчетные значения характеристик tgφI; tgφI,II, и cI; cI,II скальных грунтов для расчетов

Расчетные значения предела прочности на одноосное растяжение массивов скальных грунтов

местной прочности по площадкам сдвига, не приуроченным к трещинам в массиве и к контакту бетон-скала

устойчивости, физического моделирования и расчетов местной прочности для поверхностей и площадок сдвига в массиве, приуроченных к контакту бетон-скала; расчетов устойчивости по поверхностям сдвига, не приуроченных к трещинам в массиве

устойчивости, физического моделирования и расчетов местной прочности для поверхностей и площадок сдвига в массиве, приуроченных к трещинам, заполненным песчаным и глинистым грунтом с шириной их раскрытия, мм

менее 2 (в том числе сомкнутые)

от 2 до 20

св. 20

преимущественно с песчаным заполнителем

преимущественно с глинистым заполнителем

tgφII

сII, МПа

tgφI, tgφIIg

сI, сIIg МПа

tgφI, tgφIIg

сI, сIIg МПа

tgφI, tgφIIg

сI, сIIg МПа

tgφI, tgφIIg

сI, сIIg МПа

tgφI, tgφIIg

сI, сIIg МПа

Rtm,II, МПа

1

Скальные (массивные, крупноблочные, слоистые, плитчатые, очень слабо и слаботрещиноватые, невыветрелые) с Rc * > 50 МПа

1,8

2,0

0,95

0,4

0,8

0,15

0,70

0,1

0,6

0,1

0,55

0,05

-0,25

2

Скальные (массивные, крупноблочные, блочные, слоистые, плитчатые, среднетрещиноватые, слабовыветрелые) с Rc > 50 МПа

1,5

1,7

0,85

0,3

0,8

0,15

0,70

0,1

0,6

0,1

0,55

0,5

-0,17

3

Скальные (массивные, крупноблочные, блочные, слоистые, плитчатые сильно и очень сильно трещиноватые) с RC > 15-50 МПа; скальные слабовыветрелые, слаботрещиноватые) с Rc= 5-15 МПа

1,3

1,0

0,80

0,2(2,0)

0,7

0,1

0,65

0,05

0,55

0,05

0,45

0,02

-0,10

4

Полускальные (плитчатые, тонкоплитчатые, средне-, сильно- и очень сильнотрещиноватые) с Rc < 5 МПа

1,0

0,3(3,0)

0,75

0,15(1,5)

0,65

0,05(0,5)

0,55

0,03(0,3)

0,50

0,03(0,3)

0,45

0,02(0,2)

-0,05(-0,5)

* Rc - нормативные значения предела прочности отдельностей на одноосное сжатие.

Примечания

1 В графах 5-14 следует принимать γg = 1,25.

2 Для поверхностей сдвига, приуроченных к прерывистым и кулисообразным трещинам, приведенные в графах 7-14 значения характеристик tgφI , tgφIIg необходимо умножать на коэффициент 1,1, характеристик cI, сIIg - на коэффициент 1,2.

3 Приведенные в таблице характеристики соответствуют водонасыщенному состоянию массива грунта.


5.31 Расчетные значения модуля деформации следует определять в соответствии с указаниями ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний». При этом значения EII, используемые в оценках местной прочности оснований и в оценках смещений сооружений и оснований, следует определять при односторонней доверительной вероятности α = 0,85, а значения EI, используемые в оценках устойчивости, - при α = 0,9.

При проведении как динамических, так и статических испытаний следует хотя бы приближенно учитывать возможное влияние на искомые параметры таких факторов, как различные инженерные мероприятия (выемка скалы, укрепительные инъекции), как вызванные трещиноватостью анизотропия, неоднородность, нелинейная деформируемость пород, ползучесть.

Если некоторые из влияющих факторов при проведении испытаний учтены в недостаточной степени, то в получаемые по результатам экспериментов частные значения характеристик рекомендуется вводить расчетные коррективы с помощью соответствующих коэффициентов условий работы. Значения этих коэффициентов должны определяться на основе данных специально проводимых или проведенных ранее (для аналогичных условий) экспериментальных или теоретических исследований.

Если значения En установлены по корреляционным зависимостям с динамическими показателями, следует принимать EII =En/1,15 и EI = En/1,2 при γg ≥ 1 и EII = En/0,88 и EI = En/0,86 при γg < 1.

Такие же значения EII и EI следует принимать, если при обработке результатов испытаний по ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний» получены соответственно γg > 1,15 (> 1,2) или γg < 0,88 (< 0,86).

На стадии технико-экономического обоснования строительства 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 v следует принимать равными нормативным. При обосновании расчетные значения v массивов скального грунта допускается определять по аналогам.

5.32 Нормативные значения коэффициента фильтрации kn и удельного водопоглощения qn следует определять как средние арифметические значения результатов, полученных при испытаниях, выполненных одинаковым методом в соответствии с ГОСТ 23278-78. В сложных гидрогеологических условиях (резко выраженная анизотропия фильтрационных свойств, карст, неопределенность граничных условий и др.) нормативное значение kn следует определять по результатам испытаний в кусте скважин. При определении kn и qn необходимо учитывать напряженное состояние грунта в изучаемой зоне основания, и его влияние на фильтрационные характеристики скального массива.

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

5.33 Нормативные значения критической скорости движения воды в трещинах (прослойках, тектонических зонах дробления) Vcr,j,n, как правило, следует определять по результатам суффозионных испытаний заполнителя трещин (прослоек, зон дробления) и образцов самих породных блоков.

Расчетные значения Vcr,j следует принимать равными нормативным.

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

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

5.34 Нормативные и расчетные значения коэффициентов упругой и гравитационной водоотдачи μI,n, μn, μI и μ следует определять в соответствии с 5.21 настоящего приложения по результатам испытаний в натурных условиях.

5.35 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.

6 Инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований

6.1 Проектирование оснований гидротехнических сооружений и оценку их состояний при эксплуатации следует выполнять на основе инженерно- геологических и расчетных геомеханических схем (моделей).

Инженерно-геологические модели используют при выборе района, участка и конкурирующих створов размещения объекта, при компоновке сооружений объекта, при выборе типов сооружений, при конструировании сооружений, при составлении расчетных геомеханических схем и при обосновании экологической безопасности.

Расчетные геомеханические схемы (модели) используют при расчетах и разработке конструкций сооружений, при обосновании их технической надежности, экологической безопасности и экономической целесообразности.

6.2 Инженерно-геологическая схема (модель) основания должна представлять собой совокупность инженерно-геологических элементов (ИГЭ), отражающих структуру основания. Каждый из ИГЭ должен быть охарактеризован инженерно-геологическими признаками и номенклатурными классификационными показателями грунтов, регламентированными ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», а при необходимости - и другими (дополнительными) физико-механическими показателями и гидрогеологическими данными.

Инженерно-геологическая модель должна, как правило, представляться в виде набора карт и разрезов по различным характерным сечениям, отражающим необходимые для проектирования сооружения признаки и показатели грунтового массива основания.

6.3 Расчетная геомеханическая схема (модель) основания, являющаяся неотъемлемой составной частью расчетного (или экспериментального модельного) метода по оценке надежности объекта, должна представлять собой совокупность грунтовых расчетных элементов (РГЭ), каждый из которых должен быть охарактеризован необходимыми для расчетов (или экспериментов) механической моделью грунта и набором показателей (характеристик), соответствующих этой модели. Разработка расчетных геомеханических схем должна основываться на инженерно-геологических схемах (моделях).

Для одного и того же объекта при необходимости составляют несколько расчетных геомеханических схем основания, каждая из которых должна быть привязана к конкретному методу и виду расчета (или эксперименту), в частности, применительно к определению напряжений, деформаций, фильтрации воды, термических процессов, прочности, устойчивости и смещения массивов, отдельных их частей и сооружений, а также для разработки методов и инженерных мероприятия для повышения надежности системы сооружение - основание.

6.4 При выделении ИГЭ и РГЭ в схемах следует руководствоваться указаниями ГОСТ 20522-96. При этом статистические оценки для выделения ИГЭ допускается выполнять с использованием лишь наиболее просто и оперативно определяемых характеристик. При выделении РГЭ надлежит использовать все характеристики, входящие в рассматриваемую расчетную схему.

6.5 Разработка инженерно-геологических и расчетных схем оснований ГТС должна основываться на результатах инженерно-геологических изысканий и исследований, которые должны содержать достоверные данные по следующим основным вопросам:

- структурно-тектонических условий и особенностей геологического строения участка строительства гидроузла;

- сейсмической активности территории и активности тектонических разломов;

- гидрогеологических условий и прогноза их изменения в результате возведения гидроузла;

- условий залегания легкорастворимых и выщелачиваемых грунтов, лессовых грунтов, илов, торфов и заторфованных грунтов;

- наличия и условий залегания, температурного режима и строения мерзлых грунтов с прогнозом динамики изменения их свойств в строительный период и при эксплуатации гидроузла;

- физико-механических свойств грунтов: прочности, деформируемости, водопроницаемости, теплофизических показателей и прогнозу изменения этих свойств во времени в зависимости от различных факторов (нагрузок, температуры, водонасыщения и др.);

- возможности возникновения и развития опасных геодинамических процессов (суффозии грунтов, оползней, карста, переработки берегов и т.д.).

7 Расчеты устойчивости (несущей способности)

7.1 Основные положения

7.1.1 Расчеты устойчивости (несущей способности) системы сооружение - основание следует производить для сооружений всех классов по предельным состояниям первой группы; расчеты устойчивости склонов (массивов) следует производить, в зависимости от последствий их разрушения, либо по предельным состояниям первой либо второй групп.

7.1.2 Критерием обеспечения устойчивости (несущей способности) системы сооружение - основание и склонов является следующая модификация обобщенного условия (А.1):

                                                                                                   (А.3)

где F и R - расчетные значения соответственно обобщенных сдвигающих сил и сил предельного сопротивления или моментов сил, стремящихся сдвинуть (повернуть) и удержать систему сооружение - основание или склон. При их определении используют коэффициенты надежности по нагрузкам γf и по грунту γg, определяемые по указаниям 7.1.3 и раздела 5 настоящего приложения, и коэффициенты γn, γlc, определяемые по 4.5 настоящего приложения;

γс - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице А.6;

ks - коэффициент устойчивости, отвечающий эксплуатационному состоянию системы сооружение - основание;

ks,n - нормативное значение коэффициента устойчивости.

Таблица А.6

Типы сооружений и оснований

Коэффициент условий работы

Гравитационные: бетонные, железобетонные, металлические и др. сооружения на нескальных и полускальных основаниях

1,0

То же на скальных основаниях (кроме распорных сооружений) для расчетных поверхностей сдвига:

 

а) приуроченных к трещинам

1,0

б) не приуроченных к трещинам

0,95

Распорные сооружения:

 

а) арочные плотины

0,75

б) другие распорные сооружения на скальных основаниях

1,0 - E/T,

где E - распор; Т - сдвигающая нагрузка

Естественные откосы и склоны:

 

а) при методах расчета, удовлетворяющих условиям равновесия

0,95

б) в остальных случаях

0,9

Примечания

1. При расположении сооружений в северной строительно-климатической зоне (ССКЗ) и прохождении расчетных поверхностей сдвига в зоне промораживания-оттаивания приведенные коэффициенты следует умножать на 0,95.

2. В необходимых случаях, кроме приведенных в таблице коэффициентов, должны приниматься дополнительные коэффициенты условий работы, учитывающие несоответствие расчетной схемы и методов расчета действительным условиям работы системы сооружение - основание. Величины этих коэффициентов должны быть обоснованы специальными исследованиями.

Расчеты устойчивости (несущей способности) системы сооружение - основание должны выполняться для всех возможных расчетных случаев (потенциально опасных поверхностей сдвига, расчетных схем и т.д.).

7.1.3 При определении расчетных нагрузок коэффициенты надежности по нагрузкам следует принимать согласно требованиям приложения Ж.5 Стандарта.

Примечания

1 В тех случаях, когда в расчетах используется не равнодействующая нагрузок (сил), а ее проекции, коэффициенты надежности по нагрузке должны вводиться либо к равнодействующей, либо одинаковыми (повышающими или понижающими) ко всем проекциям.

2 Все нагрузки от грунта (вертикальное давление от веса грунта, боковое давление грунта) следует, как правило, определять по расчетным значениям характеристик грунта tgφI,II, cI,II, γI,II, принимая при этом коэффициенты надежности по нагрузкам равными единице. При этом расчетные значения характеристик грунта принимаются больше или меньше их нормативных значений в зависимости от того какие из них приводят к невыгодным условиям загружения системы сооружение - основание.

3 Сочетание нагрузок и воздействий должны устанавливаться в соответствии с практической возможностью одновременного их действия на сооружение. При этом любая кратковременная нагрузка не вводится в сочетание, если она увеличивает устойчивость сооружения.

4 Если при определении расчетных величин нагрузок нельзя установить, какое значение γf (большее или меньшее) приводит к наиболее невыгодному случаю загружения сооружения, то следует выполнять сопоставительные расчеты при обоих значениях коэффициентов надежности по нагрузке.

7.1.4 Расчеты устойчивости системы сооружение - основание и склонов следует, как правило, 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 возможные схемы потери устойчивости сооружений, систем сооружение - основание, склонов (массивов).

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

Допускается использование решений плоской задачи для систем сооружение - основание и склонов, работающих в пространственных условиях, путем учета сил трения и сцепления по боковым поверхностям сдвигаемого массива грунта и сооружения. При этом следует, как правило, давление на боковые поверхности принимать равным давлению покоя. Это указание относится к сооружениям с фиксированными боковыми поверхностями, параллельными направлению сдвига, и не распространяется на грунтовые массивы с произвольной боковой поверхностью обрушения.

7.1.6 Критерием обеспечения устойчивости сооружений и несущей способности систем сооружение - основание при вероятностной оценке является выполнение условия (при R > Fk):

                                                                                (A.4)

где [Q] - нормативный уровень отказа (потери устойчивости).

7.1.7 Значение нормативного уровня вероятности отказа (потери устойчивости) [Q], отнесенную к сроку службы сооружения T0, допускается принимать в соответствии с 4.7 и таблицей А.1 настоящего приложения.

7.1.8 При нормальном законе распределения величин R и F вероятность отказа Q рекомендуется вычислять по следующей формуле:

                                                            (А.5)

где mR,  - математические ожидания несущей способности и силового воздействия, соответствующего k-му сочетанию нагрузок;

,  - их дисперсии;

 - функция ошибок.

Математическое ожидание и дисперсия несущей способности вычисляются с использованием соответствующих параметров характеристик грунтов, определяемых по экспериментальным данным. В качестве математических ожиданий характеристик грунтов допускается принимать их нормативные значения. Дисперсии (или средние квадратические отклонения) характеристик грунтов определяются по разбросу экспериментальных данных. При отсутствии таких данных рекомендуется принимать среднее квадратическое отклонение как 25% от соответствующего математического ожидания.

Математические ожидания и дисперсии силового воздействия определяют для всех возможных сочетаний нагрузок.

При других законах распределения величин R и Fk вероятность отказа Q определяют с использованием метода статистических испытаний (метода Монте-Карло).

7.1.9 Если обобщенное силовое воздействие, соответствующее k-му сочетанию нагрузок, является редким воздействием (что соответствует различным особым сочетаниям нагрузок при детерминистическом подходе), то для аппроксимации вероятности появления редких воздействий рекомендуется применять модель Пуассона

                                                                                                (А.6)

где T0 - срок службы сооружения; TF - период повторяемости воздействия Fk.

Если обобщенное силовое воздействие соответствует основному сочетанию нагрузок при детерминистическом подходе, то вероятность однократного появления силового воздействия Fk за срок службы сооружения равняется единице: P(Fk) = 1.

7.1.10 При расчетах надежности гидросооружений следует учитывать возможные погрешности, вызванные неточностью принятой расчетной модели и конечностью выборок, используемых для определения исходных данных. Когда статистические выборки, по которым определялись исходные параметры, малы, следует определять еще и интервальную оценку надежности.

7.2 Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях

7.2.1 В расчетах устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях следует рассматривать возможность потери устойчивости по схемам плоского, смешанного и глубинного сдвигов. Выбор схемы зависит от вида сооружения, классификационной характеристики основания, схемы загружения и других факторов. Следует иметь в виду, что перечисленные схемы сдвига могут иметь место как при поступательной форме сдвига, так и при сдвиге с поворотом в плане.

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

Для сооружений I класса, кроме перечисленных расчетов устойчивости, оценка степени их устойчивости может производиться на основе анализа результатов расчетов напряженно-деформированного состояния системы сооружение - основание. Кроме того, в соответствии с 7.1.6 - 7.1.10 настоящего приложения, наряду с детерминистическими методами расчетов должен выполняться вероятностный анализ надежности сооружений.

7.2.2 Расчеты устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига следует производить для всех сооружений, несущих вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Для сооружений расчеты устойчивости следует производить только по схеме плоского сдвига в следующих случаях:

- основания сооружений сложены песчаными, крупнообломочными, твердыми IL < 0 и полутвердыми 0 ≤ IL ≤ 0,25 пылевато-глинистыми грунтами, при выполнении условий:

а) для случая равномерной нагрузки и эксцентриситета в сторону верховой грани сооружения

                                                                                                           (A.7)

б) при эксцентриситете ер равнодействующей всех сил, приложенных к сооружению в сторону низовой грани сооружения

                                                                                                          (А.8)

- основания сооружений сложены туго- (0,25 < IL < 0,5) и мягкопластичными 0,5 < IL < 0,75 глинистыми грунтами при выполнении условий (А.7) или (А.8) и следующих дополнительных условий:

                                                                                      (А.9)

                                                                                                       (А.10)

В формулах А.7 - А.10:

Nσ - число моделирования;

σm, σ*m - среднее нормальное напряжение соответственно при ширине b и b*;

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

b* = b-2ep;

ep - эксцентриситет в сторону низовой грани сооружения нормальной силы Р в плоскости подошвы, равный расстоянию от точки пересечения с подошвой фундамента равнодействующей всех сил до оси сооружения;

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

N0 - безразмерное число, принимаемое для плотных песков N0 = 1; для глинистых грунтов туго и мягко пластичной консистенции при невыполнении условий формулы А.9 или формулы А.10 - N0 = 0; для остальных грунтов - N0 = 3. Для всех грунтов оснований сооружений I и II классов N0, как правило, следует уточнять по результатам экспериментальных исследований методом сдвига штампов в котлованах сооружений;

IL - показатель текучести;

tgψI - расчетное значение коэффициента сдвига;

tgγI, cI, suI - расчетные значения характеристик прочности грунта основания с учетом степени его консолидации под нагрузкой от сооружения к расчетному моменту и возможного их снижения в зоне промораживания - оттаивания (при строительстве в ССКЗ);

c0v - коэффициент степени консолидации;

k - коэффициент фильтрации;

е - коэффициент пористости грунта в естественном состоянии;

t0 - время возведения сооружения;

α - коэффициент уплотнения; при его определении учитывается изменение е и α во всем диапазоне изменения нагрузок на основание;

γw - удельный вес воды;

h0 - расчетная толщина консолидируемого слоя.

Примечания

1. За верховую грань сооружения следует принимать грань, со стороны которой действует сдвигающая нагрузка; за низовую грань сооружения - грань, в направлении которой проверяется возможность сдвига.

2. Указания настоящего пункта не распространяются на случаи, когда особенности конструкции или сооружения и геологического строения основания, а также распределение нагрузок предопределяют глубинный сдвиг.

7.2.3 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 поверхности сдвига, проходящей через верховой край подошвы (выбор плоской горизонтальной подошвы сооружения требует специального обоснования);

- 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 давления воды и пассивного давления грунта со стороны низовой грани сооружения, которые надлежит относить к плоскости, проходящей по подошве 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;

- при наличии в основании зон, слоев или прослоек слабых грунтов, в том числе в зонах промораживания-оттаивания, следует дополнительно оценить степень устойчивости сооружения применительно к расчетным плоскостям, проходящим в этих зонах или слоях.

7.2.4 При расчете устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига (без поворота) при горизонтальной плоскости сдвига R = Rpl и F в формуле А.3 следует определять по формулам:

Rpl = PtgφI + γcEp,tw + AcI (su,I) + Rg;                                                                           (A.11)

F = Thw + Ea,hw - Ttw                                                                                                     (A.12)

где Rpl - расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге;

Р - сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок (включая противодавление);

tgγI, cI, suI - характеристики прочности грунта по расчетной поверхности сдвига, определяемые по указаниям раздела 5 настоящего приложения (cI, suI); учитываются только на той части площади основания, на которой отсутствуют растягивающие напряжения);

γc - коэффициент условий работы, учитывающий зависимость реактивного давления грунта с низовой стороны сооружения от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости, принимаемый по результатам экспериментальных или теоретических исследований; при их отсутствии значение γc рекомендуется принимать равным 0,7 (при специальном обосновании 0,7 < γc ≤ 1,0);

Ep,tw, Ea,hw - соответственно расчетные значения горизонтальных составляющих силы пассивного давления грунта с низовой стороны сооружения и активного давления грунта с верховой стороны;

А - площадь проекции на поверхность сдвига подошвы сооружения, в пределах которой учитывается сцепление;

Rg - горизонтальная составляющая силы сопротивлений свай, анкеров и т.д.;

F - расчетное значение сдвигающей силы;

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

7.2.5 В случае, если расчетная сдвигающая сила F приложена с 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). При однородном основании и равномерном распределении нормальных напряжений эксцентриситет eF расчетной сдвигающей силы F следует определять относительно центра тяжести подошвы сооружения. При неоднородном основании или неравномерном распределении напряжений эксцентриситет eF необходимо определять относительно центра тяжести эпюры распределенных по подошве сооружения пре- дельных касательных напряжений.

Силу предельного сопротивления при плоском сдвиге с поворотом в плане Rpl,t = αtRpl следует определять по методикам, апробированным практикой проектирования.

7.2.6 Расчеты устойчивости сооружений по схеме смешанного сдвига следует производить для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки и расположенных на однородных основаниях, во всех случаях, если не соблюдаются условия, приведенные в 7.2.2 настоящего приложения. При этом сопротивление основания сдвигу Rcom следует принимать равным сумме сопротивлений на участках плоского сдвига и сдвига с выпором.

Ширина участка сдвига с выпором зависит от b (b*), σm*m), γI, N0 и σflr (согласно 7.2.2 настоящего приложения). Здесь σflr - среднее нормальное напряжение в подошве сооружения, при котором происходит разрушение основания от одной вертикальной нагрузки, и участок плоского сдвига отсутствует; σflr и предельное касательное напряжение на участке сдвига с выпором определяют методами теории предельного равновесия.

При смешанном сдвиге с поворотом в плане предельную сдвигающую силу принимают равной αtRpl, где αt определяют по указаниям 7.2.5 настоящего приложения.

7.2.7 Расчет устойчивости сооружений по схеме глубинного сдвига следует производить:

- для всех типов сооружений, несущих только вертикальную нагрузку;

- при несоблюдении условий 7.2.2 настоящего приложения - для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки, расположенных на неоднородных основаниях.

7.2.8 Расчеты устойчивости сооружений на однородных основаниях по схеме глубинного сдвига допускается производить методами теории предельного равновесия, а на неоднородных основаниях – методами, оперирующими расчлененной на элементы призмой обрушения сдвигаемой по ломаным или круглоцилиндрическим поверхностям сдвига.

7.2.9 Устойчивость сооружений I класса рекомендуется оценивать также с помощью численного моделирования разрушения основания. Напряженно-деформированное состояние (НДС) системы сооружение - основание при таком моделировании следует определять по нелинейным моделям грунта, дающим статически допустимые (удовлетворяющие предельным условиям и уравнениям равновесия) поля напряжений. Параметры нелинейных моделей грунта назначаются по нормативным значениям деформационных и расчетным значениям прочностных характеристик грунтов основания.

Для численного моделирования разрушения при расчете НДС системы пропорционально увеличивают действующие на сооружение нагрузки. О наступлении разрушения при таких расчетах следует судить по моменту резкого роста расчетных смещений или отсутствию сходимости итерационного процесса. Достигнутый к моменту разрушения коэффициент перегрузки принимается в качестве коэффициента устойчивости.

7.2.10 При расчете устойчивости сооружений на основаниях, сложенных пылеватоглинистыми грунтами со степенью влажности Sr > 0,85 и коэффициентом степени консолидации c0v < 4 следует учитывать нестабилизированное состояние грунта основания одним из двух приведенных ниже способов:

- принимая характеристики прочности tgφ > j и с, соответствующие степени консолидации грунта основания к расчетному моменту (т.е. полным напряжениям), или su>1, и не учитывая при этом в расчетах наличие избыточного порового давления, обусловленного консолидацией грунта;

- учитывая по поверхности сдвига действие избыточного порового давления, возникающего при консолидации грунта (определяемое экспериментальным или расчетным путем), и принимая характеристики прочности tgφ и с, соответствующие полностью консолидированному состоянию грунта (т.е. эффективным напряжениям).

7.2.11 При расчетах устойчивости сооружений на водонасыщенных нескальных основаниях, воспринимающих кроме статических также динамические нагрузки, следует учитывать влияние последних на несущую способность грунтов, обуславливающее снижение (против определенного в статических условиях) сопротивления недренированному сдвигу связных грунтов (5.8 настоящего приложения) и возникновение избыточного порового давления в несвязных грунтах. Избыточное поровое давление при этом определяют либо расчетным путем, либо по результатам экспериментальных исследований.

7.3 Расчет устойчивости сооружений на скальных основаниях

7.3.1 Расчеты устойчивости сооружений на скальных основаниях, скальных откосов и склонов следует выполнять по схемам сдвига по плоским или ломаным расчетным поверхностям. При этом определяющими являются результаты расчета по той схеме, которая показывает наименьшую надежность сооружения (откоса, склона).

Для бетонных и железобетонных подпорных сооружений (исключая водоподпорные) на скальных основаниях следует также рассматривать схему предельного поворота (опрокидывания).

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 ломанной поверхности (продольный);

- сдвиг поперек ребер ломаной поверхности (поперечный);

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

При выборе расчетной схемы следует исходить из статически и кинематически возможных схем потери устойчивости сооружения и нарушения прочности основания и учитывать, что опасными могут являться как поверхности, привязанные к различным контурам ослабления (к контакту сооружения с основанием, к системам трещин или единичным трещинам, разломам, зонам дробления в скальном массиве), так и поверхности, проходящие внутри трещиноватого скального массива в направлениях, не совпадающих с трещинами.

В зависимости от конкретных условий следует рассматривать возможность потери устойчивости сооружения или с частью основания или без него.

7.3.2 Расчеты устойчивости всех видов бетонных сооружений наскальных основаниях являются формой проверки прочности на сдвиг контакта сооружения с основанием или самого основания по глубинным поверхностям. Потенциально опасными могут быть поверхности сдвига, проходящие:

- по области контакта сооружения с основанием;

- внутри основания;

- частично по области контакта и частично внутри основания.

При этом следует учитывать, что первая из указанных видов поверхностей сдвига наиболее вероятна для сооружений на основаниях преимущественно с горизонтальной (или близкой к горизонтальной) поверхностью как в пределах контакта с сооружением, так и вне его (для гравитационных и контрфорсных плотин, подпорных стен и др.). Вторая и третья разновидности поверхностей сдвига наиболее вероятны для сооружений, возводимых в узких ущельях или имеющих заглубленную в основание подошву, в том числе для гравитационных и арочных плотин, для подпорных стен, на крутых склонах и т.д., а также при ступенчатой подошве сооружения.

7.3.3 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 прослоев и областей.

При оценке устойчивости скальных откосов необходимо иметь в виду, что характер их обрушения в значительной степени определяется геологическим строением (структурой) и геомеханическими характеристиками скального массива, на основании анализа которых и производится выбор расчетной схемы и метода расчета.

Для скальных откосов потенциально опасными являются поверхности ослабления скального массива (трещины, слабые прослои, тектонические зоны и т.п.).

7.3.4 При оценке устойчивости опорных береговых массивов гидротехнических сооружений (например, арочных плотин) либо любых других скальных массивов при ломаной поверхности сдвига, где смещение массива может быть рассмотрено состоящим из перемещений в двух взаимно пересекающихся направлениях, необходимо рассматривать сдвиг под углом к ребрам ломаной поверхности (продольно - поперечный сдвиг).

Метод оценки устойчивости береговых упорных массивов должен основываться на следующих исходных положениях:

- расчетные опорные скальные блоки рассматриваются как неизменяемое твердое тело;

- в рассмотрение вводятся силы без учета их моментов;

- разложение главного вектора приложенных к блоку активных сил на составляющие производится на направления нормалей к плоскостям сдвига и направление линии их пересечения;

- условием, определяющим кинематику смещения массива, состоящего из виртуальных перемещений в двух взаимно пересекающихся направлениях, является направление главного вектора приложенных сил под углом к ребрам ломаной поверхности сдвига (продольно-поперечный сдвиг);

- условием для перехода от сдвига по граням двугранного угла вдоль линии их пересечения к сдвигу по одной из плоскостей является равенство нулю или отрицательное значение составляющей главного вектора приложенных сил, нормальной к другой из плоскостей сдвига;

- надежность берегового упора определяется результатом расчета наименее устойчивого из выделенных блоков.

7.3.5 Оценка устойчивости сооружений на скальных основаниях, скальных откосов и склонов допускается также производить на основе анализа результатов расчетов напряженно-деформированного состояния системы основание-сооружение.

7.3.6 При расчете устойчивости сооружений и скальных склонов по схеме сдвига вдоль ребер ломаной поверхности (продольный сдвиг) наиболее часто встречается случай сдвига расчетного блока по двум плоскостям, образующим двугранный угол, в направлении вдоль его ребра. Данная расчетная схема применима для скального массива или сооружения, рассматриваемого как единое твердое тело. Силы, воздействующие на расчетный блок призмы обрушения в какой-либо точке или зоне, принимаются как действующие на весь блок в целом. При оценке по данной схеме устойчивости опорных береговых массивов гидротехнических сооружений (например, арочные плотин) возможное смещение расчетного блока поперек призматической поверхности сдвига (поперек ребер) не учитывается.

Величины, входящие в критериальное условие (формула А.3), необходимо определять по формулам:

F = T;                                                                                                                          (А.13)

                                                                        (А.14)

где F, R - то же, что в формуле А.3;

T - активная сдвигающая сила (проекция равнодействующей расчетной нагрузки на направление сдвига);

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

Rg - 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;

tgφI,II,i и cI,II,i - расчетные значения характеристик скальных грунтов для i-го участка расчетной поверхности сдвига, определяемые в соответствии с требованиями раздела 5 настоящего приложения;

Ai - площадь i-го участка расчетной поверхности сдвига;

Ed - расчетная сила сопротивления упорного массива (обратной засыпки), определяемая по указаниям 7.3.7 настоящего приложения.

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

Еd = γ'сЕp,d,                                                                                                                  (А.15)

где Ep,d - расчетное значение силы пассивного сопротивления.

Для упорного массива, содержащего поверхности ослабления, по которым данный массив может быть сдвинут, значение Ep,d следует определять без учета характеристик tgφ и с по упорной грани по формуле:

                                                                          (А.16)

где Q - вес призмы выпора;

А - площадь поверхности сдвига призмы выпора;

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

tgφI,II и cI,II - расчетные значения характеристик грунтов по поверхности сдвига (выпора);

γ'с - коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от соотношения модулей деформации грунта упорного массива (обратной засыпки) Es и основания Ef:

при Es/Ef ≥ 0,8                                         γ'с = 0,7;

при Es/Ef ≤ 0,1                                         γ'с = Er/Ep,d;

при 0,1 < Es/Ef < 0,8                                γ'с определяется линейной интерполяцией;

Er - давление покоя, определяемое по формуле:

                                                                                                           (А.17)

где γ - удельный вес грунта упорного массива (обратной засыпки);

v - коэффициент поперечной деформации грунта упорного массива;

h - высота упора на контакте с сооружением или откосом.

Примечания

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

2. Силу Er,d следует принимать горизонтальной независимо от наклона упорной грани массива.

7.3.8 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 предположении поступательного движения.

7.3.8 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 производят 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 принимают 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.

Расчет устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поперечного сдвига в условиях плоской задачи следует, как правило, производить в зависимости от выбранного направления расчленения призмы обрушения (сдвига) на взаимодействующие элементы по любому расчетному методу, удовлетворяющему условиям равновесия в предельном состоянии как для каждого расчетного элемента (группы элементов) призмы, так и для всей призмы обрушения (сдвига) в целом. Допускается использовать для расчетов устойчивости методы, не отвечающие в полной мере вышеприведенным условиям, однако, данные методы должны быть апробированы практикой и использоваться в тех пределах, когда результаты расчетов по ним согласуются с результатами расчетов устойчивости по методам, удовлетворяющим всем условиям равновесия в предельном состоянии.

7.3.10 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.

При экспериментальных исследованиях в моделях оснований сооружений или скальных склонов должны в соответствии с механическими условиями подобия (пород натуры и материала модели) воспроизводиться также наиболее важные особенности натурного массива: структура скального массива, его неоднородность и анизотропия деформационных и прочностных свойств. В первую очередь при этом должны находить отражение потенциально опасные нарушения (трещины, разломы и т.д.) натурного массива.

7.3.11 Вероятностную оценку надежности системы «сооружение - скальное основание», а также скальных откосов и склонов, допускается выполнять в соответствии с положениями 4.7 и 7.1.6 - 7.1.10 настоящего приложения.

8 Фильтрационные расчеты основания

8.1 При проектировании основания гидротехнического сооружения необходимо обеспечивать фильтрационную прочность грунтов, устанавливать допустимые по технико-экономическим показателям фильтрационные расходы и противодавление фильтрующейся воды на подошву сооружения.

В зависимости от конструктивного обустройства подземного контура сооружения и гидрогеологических характеристик оснований надлежит определять:

- форму свободной поверхности и распределение напора фильтрационного потока вдоль подземного контура сооружения в каждом из выбранных сечений (створов) расчетной области основания;

- расходы и градиенты напора фильтрационного потока внутри расчетной области основания, особенно в местах сопряжений расчетных грунтовых элементов (РГЭ) с резко отличающимися фильтрационными свойствами, и на участках разгрузки потока (при высачивании на откосы, в дренажные устройства и т.п.);

- силовое воздействие фильтрационного потока на массив грунта основания;

- общую и местную фильтрационную прочность грунтов в основании, причем общую фильтрационную прочность следует оценивать лишь для нескальных грунтов основания, а местную - для всех классов грунтов;

- конструкцию и характеристики дренажного и противофильтрационного обустройства основания сооружения, а также схемы размещения в нем измерительной и регистрирующей аппаратуры, с помощью которой следует контролировать параметры фильтрационных потоков (полей) и суффозионную устойчивость грунтов.

8.2 Исходные для расчетов условия формирования фильтрационных полей в выбранных створах основания надлежит определять путем моделирования фильтрационного потока на физических, аналоговых или численных моделях, позволяющих получать картину распределения напора и градиент - скоростные характеристики потока, как в области ламинарной фильтрации, так и при необходимости - при квадратичном режиме течения фильтрующейся воды.

По результатам моделирования должна быть установлена «активная зона» основания, за пределами которой возможное изменение характеристик слагающих его грунтов существенно не повлияет на условия формирования фильтрационного поля в расчетном створе. В простых, поддающихся несложной схематизации случаях, допускается выполнение фильтрационных расчетов аналитическими методами.

Расчеты и моделирование фильтрационного потока должны осуществляться на базе данных, полученных при инженерных изысканиях, и достаточно полно отражающих геологическую структуру грунтового массива основания, с выделением в нем наиболее характерных по своим фильтрационным свойствам участков, попадающих в «активную зону» области фильтрации, учитывая возможное изменение этих свойств во времени (вследствие увеличения или уменьшения напряжений и деформаций в грунтовой толще основания, криогенных и микробиологических процессов, и т.п.).

8.3 При выполнении фильтрационных расчетов основания (п. 8.1) необходимо учитывать дополнительное обводнение верхних мелкозернистых слоев грунтовой толщи (выше поверхности депрессии) вследствие образования в них пассивной «капиллярной каймы», непосредственно связанной с зоной полного водонасыщения и участвующей в формировании фильтрационного потока в основании. Для этого следует использовать данные, приведенные в таблице А.7.

Таблица А.7

Вид грунта в зоне капиллярного водоудержания

Высота пассивного зависания «капиллярной каймы» Нк, м

Песок среднезернистый

0,12 - 0,35

Песок мелкозернистый

0,35 - 1,00

Супесь

1,00 - 3,00

Суглинок

3,00 - 6,00

Глина легкая

6,00 - 12,00

8.4 Фильтрационную прочность основания следует оценивать, сопоставляя полученные в результате моделирования характеристики фильтрационных полей (градиенты напора, скорости фильтрации) с их критическими значениями (согласно 5.20, 5.33 настоящего приложения).

Если в основании сооружения залегают нескальные грунты, необходимо также определять общую фильтрационную прочность, исходя из условия формулы А.1. При этом параметр F0 полагается равным осредненному градиенту напора Iest,m вдоль подземного контура сооружения, определяемому для сооружений I и II классов по методу удлиненной контурной линии. За параметр R0 принимается расчетный критический градиент напора Icr,m, численные значения которого приведены в разделе 5 настоящего приложения.

Коэффициенты надежности γn и γlc следует принимать по разделу 4 настоящего приложения по первой группе предельных состояний. Коэффициент γc в этом случае равен единице.

Значения Iest,m для оснований I и II классов следует определять по методу удлиненной контурной линии. В отдельных случаях значения Iest,m допускается определять другими приближенными методами.

8.5 Местную фильтрационную прочность нескального основания, которая, в отличие от общей, обусловлена исключительно конкретными проявлениями (видами) нарушения суффозионной устойчивости грунтов, необходимо определять только в следующих областях основания:

- в месте выхода (разгрузки) фильтрационного потока из толщи основания в нижний бьеф, дренажное устройство и т.п.;

- в прослойках суффозионно-неустойчивых грунтов;

- в местах с большим падением напора фильтрационного потока, например, при обтекании подземных преград;

- на участках контакта грунтов с существенно разными фильтрационными свойствами и структурой.

Местную фильтрационную прочность нескального основания надлежит оценивать, исходя из общего условия по формуле А.1, полагая F0 и R0 равными, соответственно, местному градиенту напора Iest в рассматриваемой области основания и местному критическому градиенту напора Icr, определяемым согласно рекомендациям раздела 5 настоящего приложения.

Местную фильтрационную прочность скального основания надлежит оценивать аналогичным образом, исходя из условия А.1, в котором параметры F0 и R0 принимаются равными соответственно средней скорости движения воды в трещинах массива основания Vest,j и критической скорости движения воды в трещинах Vcr,j, определяемыми по указаниям, изложенным в разделе 5 настоящего приложения.

Коэффициенты γn, γlc и γc при оценках местной прочности принимаются такими же, как при расчетах общей фильтрационной прочности.

8.6 При выборе системы дренажного и противофильтрационного обустройства основания проектируемого сооружения необходимо учитывать условия его эксплуатации и требования по охране окружающей среды в части подтопления, заболачивания прилегающей территории, активизации карстово-суффозионных процессов и т.п.

8.7 Устройство противофильтрационных завес (преград) обязательно в тех случаях, когда основание сложено фильтрующими слабоводоустойчивыми и быстрорастворимыми, а также суффозионно неустойчивыми грунтами (гипс, ангидрит, каменная соль, засоленные и загипсованные, а также сильноразнозернистые грунты и т.д.). При водостойких, несуффозионных грунтах наличие завесы должно быть дополнительно обосновано. При обосновании необходимости устройства противофильтрационных завес в мерзлых грунтах следует учитывать требования 12.3 настоящего приложения.

8.8 Противофильтрационные преграды (завесы, понуры, экраны) должны выполняться из малопроницаемых материалов, коэффициент фильтрации которых как минимум в 20 раз меньше коэффициента фильтрации основания. Толщина противофильтрационной завесы должна обеспечивать непревышение критического градиента, определяющего фильтрационную прочность самой завесы. На участках сопряжения завесы с подошвой сооружения в целях уменьшения градиентов напора фильтрационного потока в этом месте и дополнительного уплотнения грунта для предотвращения его суффозии в проекте следует предусматривать местное усиление завесы.

8.9 При близком залегании слабопроницаемых грунтов противофильтрационную завесу следует, как правило, сопрягать с водоупором; при глубоком залегании водоупора рассматривается висячая завеса.

Параметры противофильтрационной завесы (глубину, длину, толщину и местоположение в основании сооружений) следует обосновывать расчетом или результатами экспериментальных исследований. Для сооружений III и IV классов вместо расчетов допускается использовать аналоги.

8.10 При проектировании скальных оснований высоких бетонных плотин следует учитывать, что под напорной гранью в процессе подъема уровня верхнего бьефа (УВБ) может возникнуть зона разуплотнения значительных размеров с разрывом противофильтрационной завесы, многократным увеличением фильтрационных расходов, а также с заметным увеличением противодавления. В связи с этим в проекте должны быть оценены размеры этих зон и предусмотрены технические и технологические решения, обеспечивающие возможность восстановления требуемой водонепроницаемости завесы - как в процессе строительства и подъема УВБ, так и в процессе эксплуатации сооружения.

8.11 В месте сопряжения противофильтрационных устройств грунтовых плотин со скальными грунтами основания или берегами в проектах следует предусматривать укладку и уплотнение грунта, устойчивого к суффозии и способного кольматировать трещины в скале.

8.12 В проектах оснований водоподпорных сооружений в качестве мероприятия по снижению противодавления следует предусматривать разного вида дренажные устройства. В скальных основаниях дренаж следует располагать главным образом со стороны напорной грани сооружения, а при недостаточной эффективности работы такого дренажа - и в средней части его подошвы.

Местоположение дренажа и его размеры следует определять исходя из требований необходимого снижения фильтрационного противодавления на подошву сооружения и обеспечения допустимых значений выходных градиентов напора, не приводящих к нарушению фильтрационной прочности грунтов основания, а в ССКЗ - с учетом теплового режима системы основание-сооружение.

Отказ от устройства дренажа основания допускается при наличии в основании грунтов, подверженных химической или механической суффозии.

8.13 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 (диафрагме), сооружаемой способом «стена в грунте», в грунтах с коэффициентами фильтрации до 200 м/сут, в зависимости от материала и длительности ее эксплуатации - по таблице А.8, в которой также приведены характеристики материалов, используемые при расчетах механической прочности завесы.

Таблица А.8

Материал завесы

Расчетные значения характеристик

Критический градиент напора Icr

Предел прочности на одноосное сжатие Rс, МПа

Модуль деформации Е, МПа

Коэффициент поперечной деформации

Бетон

180

11,5

22·103

0,20 - 0,22

Глиноцементобетон

150

1,0 - 2,0

300 - 500

0,35 - 0,37

Глиноцементный раствор

125

1,0 - 2,0

30 - 50

0,37 - 0,40

Комовая глина

40

-

20 - 25

0,32 - 0,38

Заглинизированный грунт

25

-

15 - 20

0,30 - 0,35

Примечание - Для временных завес значения критических градиентов напора допускается увеличивать на 25%.

8.14 При проектировании противофильтрационной цементационной завесы в скальном основании следует принимать критический градиент напора Icr в завесе в зависимости от удельного водопоглощения в пределах завесы qc по таблице А.9.

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 либо расчетами, либо экспериментальными исследованиями.

Проницаемость противофильтрационной завесы должна быть меньше проницаемости грунта основания не менее чем в 20 раз.

Таблица А.9

Удельное водопоглощение скального грунта в завесе qc, л/(мин·м2)

Критический градиент напора в завесе

< 0,02

35

0,02 - 0,05

25

> 0,05

15

8.15 Для предотвращения выпора грунта на участках, где фильтрационный поток с градиентами напора, близкими к единице, выходит на поверхность основания, в проекте необходимо предусматривать проницаемую пригрузку или разгрузочный дренаж. Материал пригрузки должен подбираться по принципу обратного фильтра для защиты грунта основания от контактной суффозии.

Необходимая толщина пригрузки определяется исходя из условия недопущения фильтрационного выпора грунта.

9 Расчет местной прочности скальных оснований

9.1 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;

- для учета достижения предела местной прочности при расчетах напряженно-деформированного состояния системы сооружение - основание.

Расчет местной прочности следует производить для оснований сооружений I и II классов по предельным состояниям второй группы при основном сочетании нагрузок. При этом принимается γn = γlc = 1, γc = 0,95.

Деформационные характеристики основания определяются в соответствии с указаниями 5.29 - 5.31 настоящего приложения.

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

- совпадающим с плоскостями, приуроченными к трещинам в массиве;

- совпадающим с плоскостью, приуроченной к контакту сооружение - основание и к контактам скальной породы с укрепительными конструкциями в основании (шпонками, зубьями, решетками и т.п.);

- не совпадающим с плоскостями, приуроченными к трещинам и к контакту сооружение - основание.

9.3 Критериями обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в первых двух подпунктах 9.2, являются условия:

σj > Rt,m,II;                                                                                                                    (A.18)

                               (А.19)

где Θj - отношение предельных касательных напряжений на расчетной площадке к эксплуатационным;

σj, τj - соответственно нормальное и касательное напряжения на расчетной площадке, приуроченной к плоскости трещины (контакта), от нормативных нагрузок в расчетном сочетании;

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

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

tgφj,II, cj,II - расчетные характеристики для расчетных площадок, приуроченных к трещинам (контакту), определяемые в соответствии с требованиями 5.26 - 5.28 настоящего приложения;

 - расчетное значение предела прочности массива скального грунта на одноосное растяжение, определяемое в соответствии с требованиями 5.24 настоящего приложения.

9.4 Критериями обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в последнем подпункте 9.2, являются условия:

σ3 > Rt,m,II;                                                                                                                    (А.20)

                                            (А.21)

где tgφm,II, cm,II - расчетные характеристики для расчетных площадок, не приуроченных к трещинам и контакту сооружение - основание, определяемые в соответствии с требованиями 5.26 - 5.28 настоящего приложения.

9.5 Условие формулы А.1 при оценках возможности разуплотнения массива следует проверять во всех указанных в 9.1 случаях, а при оценках возможности пластических деформаций - в этих же случаях, но только при σ3 < 0. Если σ3 > 0, то последние проверки следует производить лишь для учета нарушений прочности основания при расчетах его напряженно-деформированного состояния и при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружения.

При оценке надежности противофильтрационных устройств проверка выполнения условия формулы А.1 (если σ3 < 0) при оценке разуплотнения основания для площадок, совпадающих с плоскостью завес, не производится.

При невыполнении приведенных выше критериев местной прочности необходимо определить очертания зон разуплотнения и пластических деформаций.

Зона разуплотнения не должна пересекать цементационную завесу и дренаж. В противном случае должны быть выполнены фильтрационные расчеты в соответствии с указаниями раздела 8 настоящего приложения в нелинейной постановке с учетом измененного фильтрационного режима.

Зона пластических деформаций не должна охватывать более 1/3 подошвы сооружения или потенциально опасной расчетной поверхности сдвига.

9.6 При определении напряжений σj, τj, σ1, σ3 в формулах А.18 - А.21 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 - как однородным, так и 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.

Рекомендуется в надлежащих случаях при определении напряженного состояния основания учитывать возможную анизотропию его свойств.

Если при определении напряжений в некоторых областях основания одно или несколько из условий, определенных по формулам А.18 - А.21, не выполняется, то следует производить уточнение решения задачи. Такое уточнение следует выполнять с использованием нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями или путем изменения геометрии сечения за счет исключения из рассмотрения указанных областей.

10 Определение напряжений

10.1 Напряжения в основании сооружения необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкций и сооружений, устойчивости сооружений, а также в расчетах осадок, несущей способности и местной прочности оснований.

При проектировании сооружений на скальных основаниях определение контактных напряжений необходимо для обоснования проектирования противофильтрационных мероприятий и оценки фильтрационной надежности подземного контура сооружений. Расположение цементационной завесы под плотиной в области, где имеют место растягивающие напряжения, резко снижает эффективность завесы, что требует разработки специальных конструктивных решений для обеспечения надежности подземного контура сооружения.

10.2 При определении напряжений необходимо учитывать конструктивные особенности сооружения, последовательность его возведения, вид основания, а при залегании в основании мерзлых грунтов или возможном его промораживании - расположение талых и мерзлых зон, а также последовательность замораживания и оттаивания.

При расчете напряжений на контакте грунта с железобетонными распластанными конструкциями гидротехнических сооружений (плитами водобоев и рисберм плотин, возводимых на нескальных основаниях, плитами доков и т.п.) рекомендуется учитывать:

- понижение жесткости железобетонных конструкций с учетом образования трещин ограниченного раскрытия, регламентированного нормами проектирования бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений;

- в бетонных и железобетонных конструкциях, возводимых на скальных и нескальных основаниях, последовательность укладки бетона отдельными блоками бетонирования.

10.3 В целях уменьшения усилий в конструкциях или в элементах сооружения при проектировании следует рассматривать возможность создания оптимального распределения контактных напряжений, предусматривая устройство выступов на подошве сооружений, уплотнения отдельных зон основания и соответствующую последовательность возведения и загружения сооружения.

10.4 При определении напряжений в основаниях следует применять численные методы механики сплошной среды и геомеханики с использованием вычислительной техники. При этом должны соблюдаться требования 11.4 настоящего приложения.

Контактные напряжения, как правило, следует вычислять по специальным программам, реализующим аналитические решения задачи или численные методы расчета (по напряжениям в окрестности контакта).

10.5 При использовании численных методов допускается схематизация системы сооружение - основание, позволяющая решать плоские задачи применительно к одному или нескольким плоским сечениям. Неоднородность расчетных сечений следует учитывать, представляя их состоящими из некоторого числа однородных областей. При необходимости пространственный характер работы системы следует учитывать с помощью экспериментальных или вычислительных методов механики сплошной среды.

Расчетную область сечения основания рекомендуется ограничивать по вертикали на глубине сжимаемого слоя Нс, определяемой согласно 11.5, 11.6 настоящего приложения, а по горизонтали - на расстоянии не менее Нс от сооружения.

Упрощенные методы расчета напряжений на контакте сооружения и основания

10.6 Контактные напряжения для сооружений I и II классов допускается, а для сооружений III и IV классов рекомендуется определять упрощенными методами в соответствии с требованиями 10.8 - 10.14 настоящего раздела.

10.7 В расчетах прочности сооружений при использовании эпюр контактных напряжений, полученных из решения задач теории упругости, следует рассматривать дополнительно и вторую эпюру контактных напряжений, вычисленную одним из рекомендуемых упрощенных методов (10.9 - 10.14 настоящего раздела). Если полученные при этом изгибающие моменты имеют разные полярности, то при расчетах прочности рекомендуется использовать оба значения, уменьшенные на 10% разности этих величин, а если одинаковые - то лишь больший изгибающий момент, также уменьшенный на указанную величину.

10.8 При определении контактных напряжений следует учитывать показатель гибкости сооружения tfl. В случаях, когда показатель гибкости tfl < 1, контактные напряжения следует определять как для абсолютно жестких сооружений. При tfl < 1 контактные напряжения определяются с учетом гибкости сооружений.

10.9 Для сооружений с показателем гибкости tfl < 1 на однородных основаниях контактные напряжения определяют методом внецентренного сжатия, а для песчаных оснований с относительной плотностью грунта Dd ≤ 0,5 - методом экспериментальных эпюр по обязательному приложению А.3.

Экспериментальные эпюры имеют параболическое очертание со следующими значениями центральных ординат в случаях, когда равнодействующая всех внешних сил проходит через центр подошвы сооружения:

при Nσ = 0,5                 -             1,18σm;

при Nc = 1,0                 -             1,22σm;

при Nσ = 2,0                 -             1,28σm;

при Nc = 3,0                 -             1,34σm;

Здесь Nσ и σm - то же, что в п. 7.2.2 настоящего приложения.

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

10.10 При определении контактных напряжений с учетом гибкости сооружений допускается применять метод коэффициента постели. Гибкость элементов конструкции следует определять с учетом возможности образования трещин.

10.11 При использовании методов коэффициента постели и внецентренного сжатия касательные контактные напряжения допускается принимать распределенными равномерно, а при использовании метода экспериментальных эпюр - пропорционально нормальным контактным напряжениям.

Касательные напряжения, обусловленные действием вертикальных сил, при расчетах прочности сооружений, как правило, не учитываются. При получении на участке подошвы сооружения касательных напряжений, превышающих предельные, они должны быть приняты равными предельным, а на остальных участках они должны быть соответственно откорректированы на основе расчетов.

10.12 При неоднородных основаниях с вертикальными и крутопадающими слоями в расчетах контактных напряжений допускается использовать приближенные методы, в которых контактные напряжения следует принимать пропорциональными модулям деформации грунта каждого слоя в зависимости от их размеров и эксцентриситета приложения нагрузки. В пределах каждого слоя распределение контактных напряжений принимается линейным.

10.13 При наличии в основании слоев переменной толщины или при наклонном залегании слоев в расчетах контактных напряжений используют 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.

10.14 При определении нормальных контактных напряжений методами экспериментальных эпюр и коэффициента постели учет неоднородности основания следует производить путем сложения ординат эпюр, определенных по 10.9, 10.10 настоящего раздела в предположении однородных оснований с ординатами дополнительной эпюры. Ординаты дополнительной эпюры следует принимать равными разности ординат эпюр, построенных для случаев неоднородного и однородного оснований с использованием метода внецентренного сжатия.

11 Расчет по деформациям оснований и грунтовых сооружений

11.1 Расчет оснований и грунтовых сооружений (плотин и др.) по деформациям необходимо производить с целью обоснования конструкции системы «сооружение - грунтовое основание» или ее элементов, перемещения которых (осадки, горизонтальные перемещения, крены и пр.) не должны превосходить нормируемые критерии, гарантирующие по этому фактору нормальные условия их эксплуатации и обеспечивающие техническую надежность и 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, а при соответствующем обосновании - и на особые 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.

11.2 Расчеты оснований по деформациям производят по предельным состояниям первой или второй групп (4.5.1, 4.5.2 настоящего приложения). Они должны включать расчетный прогноз деформаций основания и сооружения при совместной их работе и проверку выполнения условия А.1, в котором должно приниматься F0 = S и R0 = Su. Здесь S - совместная деформация основания и сооружения (осадки, горизонтальные перемещения, крены и др.), Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемые по 11.3 - 11.10 настоящего раздела.

Коэффициенты γn и γlc принимаются в соответствии с указаниями 4.5 настоящего приложения; коэффициент γc во всех случаях принимается равным единице.

Прогнозные значения деформаций S рекомендуется использовать также для анализа поведения систем «основание - сооружение» при оценках их надежности в период эксплуатации. При этом значения S рекомендуется определять в более широком диапазоне нагрузок, чем эксплуатационные.

11.3 Предельные значения совместной деформации основания и сооружения R0 = Su устанавливают техническими условиями проектирования конкретных типов гидротехнических сооружений, 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 R0 = Su необходимо учитывать допускаемую разность осадок между секциями и частями сооружений, не приводящую к нарушению нормальной работы межсекционных швов, возможность перелива воды через гребень плотины, нарушения нормальной эксплуатации связанных с сооружением коммуникаций и т.п.

11.4 Значения совместной деформации F0 = S в условии А.1 следует определять, используя расчетные методы механики сплошной среды, исходя из условий совместной работы сооружения и основания. При этом должны быть в достаточной степени учтены реальные особенности работы системы сооружение - основание: пространственный характер деформирования, нелинейная связь между напряжениями и деформациями, последовательность возведения сооружения и приложения нагрузок, процессы консолидации и ползучести.

При этом определение деформаций сооружения и основания в зависимости от их класса и этапа проектирования следует производить как упрощенными (инженерными) методами расчета, регламентированными в 11.5 - 11.7 настоящего раздела, так и вычислительными методами, базирующимися на более детальной схематизации системы сооружение - основание и на использовании более совершенных математических моделей грунта (нелинейных, упругопластических, в том числе учитывающих многофазность, реологические свойства грунтов и т.д.).

Значения деформаций сооружений и их оснований в период эксплуатации следует определять с учетом развития процессов консолидации и ползучести грунтов. При этом надлежит использовать указанные выше вычислительные методы. На предварительных стадиях проектирования и для сооружений III и IV классов определение нестабилизированных значений деформации допускается производить упрощенными (инженерными) методами, например, на основе решений одномерных задач консолидации и ползучести.

В тех случаях, когда для определения деформаций обязательным является использование нескольких указанных методов (11.6, 11.7 настоящего раздела), условие А.1 должно выполняться для всех этих случаев.

11.5 Расчетная схема системы сооружение - основание должна разрабатываться с учетом факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и сооружения (конструктивных особенностей сооружения, технологии его возведения, характера сложения и свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения, характера внешних воздействий и т.п.)

Расчеты деформаций системы сооружение - основание в необходимых случаях следует производить для условий пространственной задачи. Для сооружений, длина которых превышает ширину более, чем в три раза, расчеты допускается производить для условий плоской деформации. В случае, когда ширина сооружения превышает толщину сжимаемой толщи Нс, определенную по указаниям 11.6 настоящего раздела, в два раза и более, допускается расчет осадок производить для условия одномерной (компрессионной) задачи.

11.6 Определение суммарных осадок s в зависимости от класса и этапа проектирования сооружений, расположенных на нескальных основаниях, следует производить методом послойного суммирования и вычислительными методами в соответствии с 11.4 настоящего раздела.

На предварительных стадиях проектирования (для сооружений III и IV классов - на всех стадиях проектирования) для определения значений s допускается ограничиться методом послойного суммирования. При этом основание сооружения следует схематизировать линейно-деформируемым полупространством с условным ограничением сжимаемой толщи Нс, определяемой с учетом следующих условий:

при ширине подошвы сооружения b ≤ 20 м - по нормам проектирования гражданских сооружений;

при b > 20 м - из условия

σz,p = 0,5σz(2),

где σz,p - вертикальные напряжения от внешней нагрузки на нижней границе сжимаемой толщи грунта (суммарные напряжения от сооружения, соседних зданий и сооружений, от боковых пригрузок и т.д., возникающие после начала возведения сооружений);

σz(2) - максимальные вертикальные напряжения в грунте до строительства сооружения.

При расположении нижней границы слоя в грунте с E < 5 МПа 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 σz,p = 0,2σz(2).

При залегании грунтов с модулем деформации E > 200 МПа в пределах Нс глубина сжимаемой толщи ограничивается кровлей этого грунта.

Значения напряжений должны определяться с учетом фильтрационных сил и взвешивающего действия воды ниже уровня грунтовых вод.

11.7 Крен (наклон) сооружений следует определять в случаях: несимметрично приложенной нагрузки в пределах площади подошвы сооружения и пригрузки основания вне подошвы сооружения, влияния соседних фундаментов, а также при неоднородности грунтового основания.

Определение суммарных кренов i в зависимости от класса и этапа проектирования сооружений, расположенных на нескальных основаниях, должно производиться как упрощенными методами расчета, так и вычислительными методами. На предварительных стадиях проектирования (для сооружений III и IV классов - на всех стадиях проектирования) для определения значений i (при достаточно однородных или горизонтально-слоистых основаниях) допускается ограничиться использованием упрощенных методов расчета, в которых крен определяется с использованием осредненных характеристик основания и сооружения. При существенно неоднородных основаниях определение суммарного крена должно выполняться только вычислительными методами, с учетом влияния пригрузок и соседних фундаментов.

11.8 Расчет горизонтальных перемещений сооружений на нескальных основаниях и элементов сооружения, воспринимающих горизонтальную нагрузку (например, подпорные стены, здания ГЭС, анкерные устройства), следует производить вычислительными методами, учитывающими развитие областей пластических деформаций, в соответствии с указаниями 11.4 настоящего раздела.

11.9 Расчет осадок и горизонтальных перемещений плотин из грунтовых материалов и оснований и их изменения во времени следует производить в соответствии с указаниями приложения Б Стандарта и настоящего раздела. Деформации скального основания при этом, как правило, можно не учитывать.

11.10 Расчет перемещений бетонных и железобетонных сооружений, возводимых на скальных основаниях, как правило, следует производить только для сооружений I класса.

При расчете перемещений, если отношение ширины напорного фронта сооружения bh к напору на сооружение H составляет bh/h < 5, следует рассматривать пространственную задачу, если bh/h ≥ 5 - плоскую. Условная толщина деформируемого слоя основания в расчетах принимается равной ширине подошвы сооружения b.

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

12 Инженерные мероприятия по обеспечению надежности оснований

Обеспечение сопряжения сооружения с основанием

12.1 При проектировании оснований сооружений следует предусматривать конструктивные и технологические мероприятия по сопряжению сооружения с основанием, обеспечивающие устойчивость сооружения, прочность основания (в том числе фильтрационную), допустимое напряженно-деформированное и термическое состояние сооружения и его основания при всех расчетных сочетаниях нагрузок и воздействий на весь проектный срок их эксплуатации и период строительства.

12.2 При проектировании сопряжений сооружений со скальными и нескальными основаниями следует учитывать, что:

- разработка котлована под сооружение ведет к разгрузке и к разуплотнению грунтового массива основания и, как следствие, к увеличению его водопроницаемости и деформируемости и к уменьшению параметров сопротивления сдвигу;

- возведение сооружения ведет к пригрузке и к уплотнению массива основания, уменьшению его водопроницаемости и деформируемости и к увеличению параметров сопротивления сдвигу, особенно сильно проявляющихся для скальных оснований.

12.3 В проекте оснований сооружений должны быть разработаны мероприятия, обеспечивающие предотвращение в процессе строительства снижения ниже принятых в расчетах прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик грунтов основания за счет промерзания, выветривания, разуплотнения и разжижения грунтов, а также исключающие возможность фильтрации напорных вод через дно котлована и его непроектное затопление.

12.4 В процессе строительства и эксплуатации следует осуществлять геотехконтроль с оперативной оценкой физико-механических характеристик грунтов основания. При неблагоприятных отклонениях характеристик грунтов следует произвести корректировку проекта производства работ или сооружения.

12.5 При проектировании сопряжений сооружений с основанием следует, как правило, предусматривать экономически целесообразное удаление или замену слабых (или ослабленных в процессе строительства), а также сильнольдистых, распученных (для высоких плотин при использовании I принципа строительства), резко изменяющих физико-механические и тепло-физические свойства при оттаивании (при использовании II принципа 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.

Примечания

1. При гидротехническом строительстве в северной строительно-климатической зоне под термином «принцип строительства» понимается следующее (приложение Б.1):

принцип строительства I: Вечномерзлые грунты основания плотины сохраняются в мерзлом состоянии при ее строительстве и эксплуатации, а талые грунты противофильтрационного устройства плотины и его основания замораживаются до начала заполнения водохранилища и сохраняются в мерзлом состоянии при эксплуатации.

принцип строительства II: Допускается оттаивание вечномерзлых грунтов основания в ходе строительства и эксплуатации плотины или искусственное их оттаивание на заданную глубину до начала заполнения водохранилища.

2 Принцип строительства (с сохранением или оттаиванием вечномерзлых грунтов) следует выбирать на основании технико-экономического анализа.

12.6 При проектировании сопряжения бетонных сооружений со скальным основанием в случаях, если удаление грунтов в значительных объемах экономически нецелесообразно, для обеспечения выполнения требований устойчивости сооружения или его береговых упоров, прочности и деформируемости основания, для уменьшения объемов удаления скального грунта необходимо рассматривать следующие мероприятия:

- снижение противодавления в основании подпорных сооружений и береговых массивов примыканий,

- создание уклона в сторону верхнего бьефа на контакте сооружения с основанием, сложенным скальными и полускальными грунтами, имеющими относительно низкие прочностные характеристики контакта бетон-скала;

- создание упора в основании со стороны нижнего бьефа в случае наличия более прочных грунтов под носком плотины или передачи части усилия от плотины на здание ГЭС, на конструкции водобойного колодца и т.д.;

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

- анкеровку секций сооружения и береговых примыканий при наличии достаточно прочных грунтов в основании;

- инъекционное укрепление грунтов основания при достаточно развитой трещиноватости массива при отсутствии глинистого заполнителя трещин;

- заделку горным способом крупных геологических нарушений в основании плотины и их выходов на поверхность и другие конструктивные мероприятия.

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

12.7 Для обеспечения устойчивости бетонных 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, уклон подошвы сооружения в сторону верхнего бьефа;

- дренирование малопроницаемых слоев основания;

- механическое и инъекционное уплотнение и укрепление грунтов и другие мероприятия.

12.8 В проектах грунтовых плотин, возводимых на нескальном основании, как правило, следует предусматривать специальную подготовку основания на участках сопряжения противофильтрационных элементов с основанием.

При этом должны быть разработаны и обоснованные мероприятия, предотвращающие недопустимые деформации и потерю устойчивости сооружений и недопустимые фильтрационные расходы.

Подготовку оснований, как правило, следует производить в осушенном (дренированном) котловане, не допуская разуплотнения и разжижения верхнего слоя грунта.

12.9 При проектировании сопряжений плотин из грунтовых материалов со скальным основанием следует предусматривать мероприятия, 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. Проектирование сопряжений сооружений из грунтовых материалов с основанием следует производить в соответствии с требованиями главы 5.1.2. При обосновании допускается строительство грунтовых плотин на основаниях, содержащих водорастворимые включения.

12.10 При проектировании сопряжения противофильтрационных элементов грунтовых плотин, возводимых на скальном основании, должны быть предусмотрены: удаление разрушенной скалы, разделка и бетонирование разведочных геологических и строительных выработок, крупных трещин.

Следует также, как правило, предусматривать следующие мероприятия: устройство бетонной плиты, покрытие скалы торкретом, инъекционное уплотнение части основания, прилегающей к подошве водонепроницаемого элемента.

При проектировании сопряжений противофильтрационных элементов грунтовых плотин следует учитывать также требования 5.1.2 и приложения Б Стандарта.

12.11 На участках сопряжения с основанием частей профиля плотины, выполняемых из более водопроницаемых материалов (упорных призм, банкетов и т.д.), чем противофильтрационные устройства, удаление разборной разрушенной (выветрелой) скалы не обязательно.

При проектировании сооружений с сохранением мерзлых грунтов в основании (I принцип) следует предусматривать в необходимых случаях теплозащитный слой, убираемый непосредственно перед укладкой материала приконтактной зоны сооружения.

12.12 Глубина заложения подошвы сооружения должна определяться исходя из необходимости обеспечения требуемой надежности сооружения по устойчивости, допустимым смещениям и осадкам, по несущей способности, фильтрационной прочности основания.

При этом глубину заложения подошвы сооружений следует принимать минимально возможной с учетом:

- особенностей сооружений;

- гидрогеологических, геологических, топографических и климатических условий площадки строительства;

- размыва грунтов в нижнем бьефе;

- судоходных уровней воды и др.

Для мелиоративных гидротехнических сооружений допускается принимать глубину заложения их подошвы независимо от глубины промерзания, при этом необходимо учитывать указания 12.7 настоящего раздела.

12.13 Размеры, в том числе глубина врезки бетонного гидротехнического сооружения в скальное основание должна быть во всех случаях обоснована в проекте сооружения и удовлетворять следующим требованиям:

- устойчивости сооружения на сдвиг;

- местной прочности основания;

- надежности подземного контура.

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

- удаление интенсивно выветрелых грунтов (разборного слоя), имеющих низкие прочностные и деформационные характеристики и слабо поддающихся омоноличиванию из-за наличия глинистого заполнителя в трещинах;

- для оснований, имеющих крупные нарушения и области глубокого избирательного выветривания - и удаление грунта, объем которого следует принимать на основе результатов расчетов напряженного состояния и устойчивости сооружения.

Закрепление и уплотнение грунтов оснований

12.15 Для повышения несущей способности оснований, уменьшения осадок и смещений, а также для обеспечения требуемой проектом водонепроницаемости и фильтрационной прочности грунтов в необходимых случаях следует предусматривать закрепление и уплотнение грунтов.

Для этого могут быть использованы цементация, химические методы закрепления, замораживание грунтов, механическое уплотнение, дренирование массива, устройство набивных свай и т.д.

12.16 Необходимость в таких мероприятиях, как правило, должна обуславливаться наличием в основании неблагоприятных геологических и гидрогеологических условий, в частности:

- залегания в основании грунтов с пониженной прочностью и повышенной деформированностью;

- крупных нарушений сплошности скального основания;

- неоднородности массива основания, выражающейся в значительной изменчивости механических свойств в различных его зонах;

- залеганием в основании сильно водопроницаемых и суффозионных грунтов;

- значительной фильтрационной проницаемости скального массива, обусловленной его трещиноватостью, а также экологическими требованиями по защите окружающей среды.

12.17 При проектировании сопряжения бетонных подпорных сооружений со скальным основанием при необходимости следует предусматривать 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 прослоев ослабленных грунтов. Рекомендуется, как правило, также укрепление контакта бетонного сооружения со скальным основанием. Сплошное усиление основания должно быть обосновано.

12.18 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, проектируемых на основании, сложенном мерзлыми грунтами, рекомендуется выполнение опытных экспериментальных исследований и для сооружений II и III классов.

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

Приложение А.1
(рекомендуемое)

Классификация массивов грунтов

1 Классификация по трещиноватости скальных массивов

Таблица А.1.1

Степень трещиноватости

Модуль трещино­ватости Mj

Показатель качества породы RQD, %

Коэффициент трещинной пустотности КТ.П. %

Объем породных блоков, дм

Относи­тельная деформи­руемость Е/ЕБ, %

Относитель­ная скорость упругих волн VР/VP,%

Очень слабо­трещиноватые

< 1,5

> 90

< 0,5

Тысячи

> 70

> 95

Слабо­трещиноватые

1,5 - 5

75 - 90

0,5 - 1,0

Сотни

50 - 70

85 - 95

Средне­трещиноватые

5 - 10

50 - 75

1,0 - 1,5

Десятки - сотни

25 - 50

65 - 85

Сильно­трещиноватые

10 - 30

25 - 50

1,5 - 2,5

Единицы - десятки

10 - 25

48 - 65

Очень сильнотрещино­ватые

> 30

0 - 25

> 1

< 1

3 - 10

33 - 48

Mj - число трещин на 1 м линии измерения нормально главной или главным системам трещин;

RQD - отношение общей длины сохранных кусков керна длиной более 10 см к длине пробуренного интервала в скважине;

КТ.П. - отношение суммарной площади трещин к площади породы;

Е, VP - модуль деформации, скорость распространения продольных волн в массиве;

Еб , VP,б - то же в породном блоке (отдельности).

Примечание Слаботрещиноватые и очень сильнотрещиноватые массивы рекомендуется характеризовать одним значением Mj, относящимся к любой системе трещин. Средне- и сильнотрещиноватые массивы могут характеризоваться несколькими значениями Mj, относящимися к различным главным системам трещин.

2 Классификация скальных массивов по водопроницаемости

Таблица А.1.2

Степень водопроницаемости

Коэффициент фильтрации К, м/сут

Удельное водопоглощение q, л/мин·м2

Практически водонепроницаемые

< 0,005

< 0,01

Слабоводопроницаемые

0,005 - 0,3

0,01 - 0,1

Водопроницаемые

0, - 3

0, - 1

Сильноводопроницаемые

3 - 30

1 - 10

Очень сильноводопроницаемые

> 30

> 10

3 Классификация по деформируемости

Таблица А.1.3

Степень деформируемости

Модуль деформации массива Е, 102МПа

Очень слабодеформируемые

> 20

Слабодеформируемые

10 - 20

Среднедеформируемые

5 - 10

Сильно деформируемые

2 - 5

Очень сильно деформируемые

< 2

4 Классификация скальных массивов по степени выветрелости

Таблица А.1.4

Степень выветрелости

Коэффициент выветрелости KW

Коэффициент трещинной пустотности КТП, %

Раскрытие трещин Δa, мм

Сильно-выветрелые

< 0,8

> 3

> 5

Выветрелые

0,8 - 0,9

от 3 - 1

1 - 5

Слабо-выветрелые

0 - 1,0

1 - 0,5

0,5 - 1

Невыветрелые

1,0

< 0,5

0,1 - 0,5

KW - отношение плотности выветрелого образца грунта к плотности невыветрелого образца того же грунта.

Примечание -

Степень выветрелости скального грунта, характеризуемая таблицей А.1.4, тесно связана с разгрузкой скального массива. По степени развития этих явлений скальные массивы по мере их заглубления от дневной поверхности рекомендуется разделять на четыре зоны (или подзоны), которые, кроме указанных в таблице А.1.4 показателей, характеризуются также следующим:

- зона А сильной разгрузки и выветривания обычно сложена малопрочными породными блоками существенно измененного химико-минерального состава и имеет большее число разноориентированных трещин, как правило, заполненных рыхлыми продуктами выветривания материнской породы или привнесенным мелкоземом;

- зона Б средней степени разгрузки и выветривания имеет заметно измененную окраску, но малоизмененный минеральный и химический состав породных блоков, учащенные и расширенные трещины с заполнителем из мелкозема и местное интенсивное избирательное выветривание;

- зона В слабой разгрузки и выветривания характеризуется несколько большим, чем в неизмененном массиве, количеством трещин и наличием вдоль некоторых трещин слабого избирательного выветривания;

- зона Г не затронута разгрузкой и выветриванием.

5 Классификация по характеру нарушения сплошности скального массива

Таблица А.1.5

Характер нарушения сплошности массива

Мощность зоны дробления разломов или ширина трещин

Протяженность нарушения

Разломы I порядка - глубинные, сейсмогенные

Сотни и тысячи метров

Сотни и тысячи километров

Разломы II порядка - глубинные, несейсмогенные и частично сейсмогенные

Десятки и сотни метров

Десятки и сотни километров

Разломы III порядка

Метры и десятки метров

Километры и десятки километров

Разломы IV порядка

Десятки и сотни сантиметров

Сотни и тысячи метров

Трещины V порядка (крупные)

(2 - 10) см

(10 - 100)м

Трещины VI порядка (средние)

(10 - 20) мм

(1 - 10) м

Трещины VII порядка (мелкие)

(2 - 10) мм

(0,1 - 1) м

Трещины VIII порядка (тонкие)

(1 - 2) мм

< 0,1 м

Трещины IX порядка (локальные- внутри пластов, слоев, породных блоков)

< 1 мм

< 0,1 м

Примечания

1 Мощность зоны влияния нарушения оценивается на порядок больше мощности зоны дробления или ширины трещины;

2 Амплитуда смещения разломов - на 1-1,5 порядка меньше протяженности нарушения.

6 Классификация скальных массивов по характеру сложения

По характеру сложения целесообразно выделять следующие категории массивов:

- массивные крупноблочные (слабо расчлененные, плохо поддающиеся избирательному выветриванию);

- блочные (с четко выраженным расчленением на отдельности, ограниченные поверхностями ослабления, выветриваются преимущественно избирательно);

- слоистые (с преобладающей системой трещин, неравномерно избирательно выветривающиеся);

- плитчатые (сильно расчлененные, легко поддающиеся неравномерному избирательному выветриванию).

7 Классификация скальных массивов по степени однородности

По степени однородности рекомендуется выделять следующие категории массивов:

- однородные (квазиоднородные), сложенные одним типом пород, изменение значений характеристик которого по каждому классификационному признаку не выходит за пределы, соответствующей одной категории (т.е. указанные в одной строке в таблицах А.1.1 - А.1.4);

- неоднородные, сложенные несколькими различными типами породили содержащие отдельные зоны, значения характеристик которых по всем или некоторым классификационным признакам варьируются в пределах, соответствующих двум категориям;

- очень неоднородные, сложенные несколькими различными типами пород и содержащие отдельные зоны, значения характеристик в которых по всем или по большинству признаков варьируются в пределах, соответствующих трем или даже всем четырем категориям.

8 Классификация по степени льдистости грунтов

Таблица А.1.6

Степень льдистости

Льдистость за счет видимых ледяных включений грунта ij, %

скального грунта

нескального грунта

Очень слабая

< 0,1

< 3

Слабая

0,1 < ij <0 ,5

3 < ij < 20

Средняя

0,5 < ij < 1

20 < ij < 40

Сильная

1 <ij < 5

40 < ij <60

Очень сильная

> 5

> 60

9 Классификация мерзлых нескальных грунтов по степени цементации их льдом

Рекомендуется выделять следующие категории мерзлых грунтов:

- твердомерзлые грунты - прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением и температурой, указанной в таблице А.1.7;

- пластичномерзлые грунты - сцементированные льдом, обладающие вязкими свойствами и температурой, указанной в таблице А.1.7;

- сыпучемерзлые грунты - крупнообломочные и песчаные, не сцементированные льдом вследствие малой их влажности.

Таблица А.1.7

Вид грунтов

Разновидность грунта

Твердомерзлый при t < tT, °C

пластичномерзлый при t, °C

сыпучемерзлый при t, °C

Скальные и полускальные

tT = 0

-

-

Крупнообломочные

tT = 0

-

-

Пески гравелистые, крупные и средней крупности

tT = -0,1

tT < t < tНЗ

Wc < 0,03

Пески мелкие и пылеватые

tT < -0,3

tT < t < tНЗ при Sr < 0,8

-

 

Супесь

tT = -0,6

 

 

Глинистые

Суглинок

tT = -1,0

-

 

 

Глина

tT = -1,5

 

-

Заторфованный

t1T = -0,7(Jr + ‌‌tT‌)

tT < t < tНЗ

-

Торф

-

t < 0

-

Примечание - tT - температура границы твердомерзлого состояния минеральных грунтов; t1T - то же, для заторфованных грунтов; tНЗ - температура начала замерзания; Jr - относительное содержание органического вещества; Sr - коэффициент водонасыщения.

Приложение А.2
(справочное)

Основные буквенные обозначения

Коэффициенты надежности

γс - коэффициент условий работы;

γg - коэффициент надежности по грунту;

γn - коэффициент надежности по степени ответственности сооружения;

γlc - коэффициент сочетания нагрузок;

γ'c - коэффициент условий работы, учитывающий зависимость реактивного давления грунта с низовой стороны сооружения от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости.

Характеристики грунтов

Xn - нормативное значение характеристики;

Х - расчетное значение;

α - доверительная вероятность расчетных значений;

ρ - плотность;

ρd - плотность в сухом состоянии;

ρg - плотность частиц;

IL - показатель текучести;

γ - удельный вес;

е - коэффициент пористости;

a - коэффициент уплотнения;

с - удельное сцепление;

φ - угол внутреннего трения;

Е - модуль деформации;

v - коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ;

k - коэффициент фильтрации;

cυ - коэффициент консолидации;

c0υ - коэффициент степени консолидации;

U1 - степень первичной консолидации;

U2 - степень вторичной консолидации;

μ1, μ - коэффициенты упругой и гравитационной водоотдачи;

δcrp, δ1,crp - параметры ползучести;

q - коэффициент водопоглощения;

Icr, Iest - градиенты напора соответственно критический и действующий;

υcr, υest - критическая и действующая скорости фильтрации;

tfl - показатель гибкости фундамента;

Rc (Rc,m) - предел прочности на одноосное сжатие отдельности (массива) скальных грунтов;

Rt (Rt,m ) - предел прочности на одноосное растяжение отдельности (массива) скальных грунтов;

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

υl, υs - скорости распространения продольных и поперечных волн в скальном массиве.

Нагрузки, напряжения, сопротивления

F - обобщенная расчетная сдвигающая сила;

R - обобщенная расчетная сила предельного сопротивления грунта;

Rpl - расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге;

Rg - расчетные силы сопротивления свай, анкеров;

Ru - расчетная сила предельного сопротивления на участке сдвига с выпором;

Ep,tw - расчетное значение горизонтальных составляющих пассивного давления грунта с низовой стороны сооружения;

Ea,hw - расчетное значение горизонтальных составляющих активного давления грунта с верховой стороны сооружения;

Ф - суммарная фильтрационная сила;

q - равномерно распределенная вертикальная пригрузка;

σ - нормальное напряжение;

τ - касательное напряжение;

u - избыточное давление в поровой воде;

σz - вертикальное нормальное напряжение;

σz,g - то же, от собственного веса грунта;

σz,p - то же, дополнительное от внешней нагрузки;

Nσ - число моделирования.

Деформации оснований и сооружений

S - совместная деформация основания и сооружения;

Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения;

St - нестабилизированная совместная деформация основания и сооружения;

s, и, i - соответственно осадка, горизонтальное перемещение и крен сооружения.

Геометрические характеристики

l - длина сооружения;

b - ширина сооружения;

h - высота сооружения;

А - площадь подошвы сооружения;

е - эксцентриситет;

r - радиус;

h - толщина слоя грунта;

hc - высота консолидируемого слоя;

Нc - глубина сжимаемой толщи;

Hdis - толщина смещаемого слоя;

αj,d - угол падения трещины;

αj,l - угол простирания трещины;

lj - длина трещины;

bj - ширина раскрытия трещины.

Приложение А.3
(обязательное)

Определение контактных напряжений для сооружений на однородных песчаных основаниях методом экспериментальных эпюр

Нормальные контактные напряжения методом экспериментальных эпюр определяются:

- в случае, когда равнодействующая всех внешних сил P проходит через центр подошвы сооружения, по формуле:

                                                                                                                  (А.3.1)

где σх - нормальное контактное напряжение в точке, находящейся на расстоянии х от центра подошвы сооружения;

 - относительное нормальное контактное напряжение в соответствующей точке, определяемое по таблице А.3.1 в зависимости от  (ниже уровня воды удельный вес грунта следует принимать с учетом взвешивающего действия воды);

σm - среднее нормальное контактное напряжение по подошве сооружения:

- в случае внецентренного приложения к основанию равнодействующей внешних сип и отсутствия растягивающих напряжений по контакту подошвы фундамента с основанием при  по формуле:

                                                                                      (А.3.2)

где , х - то же, что в формуле (А.3.1);

eр - эксцентриситет приложения нагрузки, нормальной к плоскости подошвы сооружения;

тk - коэффициент, определяемый по таблице А.3.2.

Примечание - При подстановке в формулу (А.3.2) ep и x следует учитывать их полярность относительно начала координат, принимаемого в центре подошвы сооружения.

Таблица А.3.1 - Значения

 при Nσ

0,5

1

2

4

6

8

10

0

1,18

1,22

1,28

1,34

1,38

1,40

1,42

0,1

1,17

1,21

1,27

1,32

1,36

1,38

1,40

0,2

1,16

1,20

1,25

1,29

1,33

1,35

1,36

0,3

1,14

1,17

1,20

1,24

1,27

1,29

1,30

0,4

1,11

1,14

1,15

1,18

1,20

1,22

1,23

0,5

1,08

1,09

1,09

1,10

1,11

1,12

1,12

0,6

1,03

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,98

0,7

0,98

0,95

0,91

0,87

0,85

0,83

0,82

0,8

0,92

0,87

0,80

0,74

0,70

0,67

0,65

0,9

0,82

0,74

0,68

0,59

0,50

0,46

0,43

1,0

0

0

0

0

0

0

0

Таблица А.3.2 - Значения коэффициента mk

Число моделирования Nσ

0,5

1

2

4

6

8

10

Коэффициент тk

1,221

1,296

1,345

1,402

1,464

1,501

1,628

Сведения о разработчиках

Разработаны ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" совместно с филиалом ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - "Институт Гидропроект", ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - Филиал "Институт Ленгидропроект", ОАО "НИИЭС", ОАО Типроречтранс"; при участии ООО Тидроспецпроект", ОАО "Ленморниипроект", Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПб ГПУ).

Исполнители:

от ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" - Беллендир Е.Н. - д.т.н., Глаговский В.Б. - д.т.н., Гольдин А.Л. - д.т.н., проф., Жиленков В.Н. - д.т.н., Каган А.А.- д.г.-м.н., Кривоногова Н.Ф.- к.г.-м.н., Кузнецов B.C.- к.т.н., Липовецкая Т.Ф. - инж., Прокопович B.C. -к.т.н., Сапегин Д.Д. - д.т.н., Смирнов Ю.Г. - к.т.н., Финагенов О.М. - д.т.н., Фрейберг Э.А. - к.т.н., Ширяев Р.А. - к.т.н.;

от филиала ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - "Институт Гидропроект" - Арипов Н.Ф. - к.т.н., Зарецкий Ю.К. - д.т.н., Кондратьев Н.Н. - инж., Крылова Е.В. - инж., Лашманова B.C. - инж., Мгалобелов Ю.Б. - д.т.н., Мирошникова Л.С. - к.г.-м.н., Новоженин В.Д. - к.т.н., Ременяк М.Б. - к.г.-м.н., Речицкий В.И, - к.т.н., Сергеев И.П. -инж., Юдкевич А.И. - к.г.-м.н.;

от ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - Филиал "Институт Ленгидропроект" - Суслопаров В.А. - инж., Боярский В. М. - инж.;

от ОАО "НИИЭС" Борткевич СВ. - к.т.н., Еникеев Ф.Г. - инженер, Иващенко И.Н. - д.т.н., Ильин Ю.Л. - к.т.н.;

от ООО "Гидроспецпроект" - Аргал Э.С. - к.т.н., Пониматкин П.У. - инж, Малышев Л.И. - д.т.н.;

от ОАО "Гипроречтранс" - Даревский В.Э. - к.т.н., Романов A.M. - инж.;

от ОАО "Ленморниипроект" - Долинский А.А. - д.т.н., Златоверховников Л.Ф. - к.т.н.;

от СПб ГПУ - Бугров А.К. - д.т.н., Пирогов И.А. - к.г.-м.н.

Приложение Б
(обязательное)

Правила проектирования плотин из грунтовых материалов

Введение

Настоящее приложение устанавливает обязательные основные требования, которые должны быть соблюдены при проектировании грунтовых гидротехнических сооружений.

В настоящем приложении содержатся основные требования по проектированию плотин из грунтовых материалов (земляных насыпных, земляных намывных, каменноземляных, каменнонабросных и взрывонабросных) в различных природных условиях, в том числе в северной строительно-климатической зоне. Приведены также требования к охране окружающей среды при создании плотин из грунтовых материалов, даются указания по реконструкции плотин и необходимым ремонтным работам.

1 Область применения

Требования настоящего приложения распространяются на проектирование новых и реконструкцию существующих плотин (или напорных дамб) из грунтовых материалов (земляных насыпных и намывных, каменноземляных и каменнонабросных), входящих в состав систем различных видов строительства (энергетического, гидроэнергетического).

При проектировании плотин, предназначенных для строительства в сейсмических районах, на просадочных и набухающих грунтах, а также на площадках, подверженных оползням, селям и карсту, надлежит учитывать дополнительные требования, предъявляемые к строительству сооружений в указанных условиях.

2 Нормативные ссылки

См. нормативные ссылки к Стандарту.

3 Термины и определения

Раздел соответствует разделу 3 Стандарта.

4 Общие положения

4.1 Инженерные изыскания, в том числе инженерно-геодезические, инженерно- геологические, гидрометеорологические, необходимые для проектирования и строительства плотин из грунтовых материалов, следует проводить с учетом специфики гидротехнического строительства и дополнительными исходными данными, содержащимися в задании на проектирование и учитывающими конкретные условия проектируемого объекта.

Объем и методика инженерно-геологических изысканий, площадь и глубина изучения инженерно-геологического разреза должны соответствовать стадии проектирования, сложности природной обстановки, типу и параметрам плотины.

4.2 Плотины из грунтовых материалов в зависимости от материала их тел и противофильтрационных устройств, а также способов возведения, подразделяют на типы, основные из которых указаны в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Тип плотины

Отличительные признаки

Земляная насыпная (раздел 5)

Грунты от глинистых до гравийно-галечниковых; отсыпают насухо с уплотнением или в воду

Земляная намывная (раздел 6)

Грунты от глинистых до песчано-гравийных и гравийно-галечниковых; намывают средствами гидромеханизации

Каменноземляная (раздел 7)

Грунты тела - крупнообломочные; противофильтрационных устройств - от глинистых до мелкопесчаных

Каменнонабросная (раздел 8)

Грунты тела - крупнообломочные; противофильтрационные устройства из не грунтовых материалов или комбинированные: грунт + инъекция, и т.п.

4.3 Тип плотины по таблице Б.1 следует выбирать в зависимости от топографических и инженерно-геологических условий основания и берегов, гидрологических и климатических условий района строительства, величины напора воды, наличия грунтовых строительных материалов, сейсмичности района, общей схемы организации строительства и производства работ, особенностей пропуска строительных расходов воды, сроков ввода в эксплуатацию и условий эксплуатации плотины.

Тип и конструкцию плотины следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов, учитывающих технологию строительных работ, а также общую компоновку гидроузла. Сравниваемые варианты должны иметь одинаковую степень проработанности и надежности. Для возведения плотины из грунтовых материалов надлежит предусматривать использование грунта и камня, полученных из полезных выемок и близко расположенных карьеров.

4.4 Возведение плотин из грунтовых материалов возможно как на скальных, так и на нескальных грунтах основания.

Возведение плотин на нескальных грунтах основания, содержащих водорастворимые включения в количестве большем, чем указано в 2.5 настоящего приложения, допускается только после проведения исследований скорости рассоления и выщелачивания и учета этих процессов при оценке фильтрационного расхода, устойчивости и деформируемости сооружения. Для предотвращения выщелачивания грунтов основания могут предусматриваться различные конструктивные меры (например, устройство понуров, зубьев, завес, подача насыщенных растворов в основание плотины и др.).

При строительстве плотин из грунтовых материалов на торфяном и заторфованном основании необходимо выполнять исследования по прогнозу разложения торфа во времени и учету этого процесса при обосновании устойчивости сооружения.

Плотины на илистых грунтах допускается возводить только при наличии надлежащего обоснования.

4.5 При оценке качества грунтов нескального основания надлежит обращать особое внимание на наличие в нем:

- суффозионных и просадочных грунтов;

- грунтов, в которых при возведении плотины может развиваться поровое давление в связи с их консолидацией.

4.6 При оценке качества скального основания следует обращать особое внимание на наличие в нем:

- покровных отложений - площади их распространения, мощности и физико-механических свойств;

- неустойчивых массивов, обрушение которых может существенно повлиять на строительство и эксплуатацию плотины;

- зон разломов и трещин разгрузки, ориентированных вдоль долины;

- трещин, заполненных малопрочными или легковымываемыми грунтами;

- тектонических нарушений;

- ослабленных зон, которые могут под влиянием фильтрации и насыщения их водой оказаться неустойчивыми и разрушаться;

- участков карста, его природы, закономерностей развития.

4.7 Основные расчеты при проектировании плотин из грунтовых материалов следует выполнять в соответствии с требованиями раздела 9 настоящего приложения.

4.8 При проектировании плотин из грунтовых материалов следует учитывать способ производства работ по их возведению. Для каждого элемента плотин должны быть разработаны технические условия на его возведение с учетом материала, способа производства работ, климатических, инженерно-геологических и других местных условий, предусматривать также контроль качества работ, обеспечивающего надежную работу плотин. Технические условия могут изменяться и уточняться в процессе строительства.

4.9 В проектах плотин необходимо предусматривать специальный проект контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за работой сооружения как в процессе строительства, так и в период его эксплуатации.

4.10 Реконструкцию плотин из грунтовых материалов следует осуществлять при необходимости:

- повышения требований к надежности сооружения и условиям его эксплуатации;

- повышения экономичности сооружения за счет уменьшения потерь воды и затрат на его эксплуатацию;

- увеличения призмы регулирования водохранилища;

- изменения условий эксплуатации;

- выполнения требований по охране природной среды.

4.11 Проектами реконструкции плотин из грунтовых материалов должны быть учтены результаты обследований эксплуатируемого сооружения и необходимость реконструкции сопрягающихся с ним сооружений (водосливных плотин, водосливов, зданий ГЭС, шлюзов, рыбопропускных сооружений и др.).

4.12 В проектах грунтовых плотин при соответствующем обосновании следует предусматривать возможность их реконструкции в период эксплуатации с учетом 4.10 настоящего приложения.

Физико-механические, фильтрационные и теплофизические характеристики грунтов

4.13 Для проектирования плотин и дамб из грунтовых материалов необходимо определять характеристики грунтов, предназначенных для укладки в тело сооружений. Основными из этих характеристик являются:

- зерновой состав, а для глинистых грунтов, отсыпаемых в воду, дополнительно количественное содержание комьев грунта по размеру;

- плотность грунта ρ;

- плотность частиц грунта ρs;

- влажность грунта W;

- плотность сухого грунта ρd; для сыпучих грунтов также в предельно плотном ρd,max и предельно рыхлом ρd,min состоянии, коэффициент уплотнения kcom;

оптимальная влажность Wopt и оптимальная плотность сухого грунта ρd,opt. Для глинистых грунтов эти величины определяют с учетом конкретных типов грунтоуплотняющих механизмов;

- границы пластичности для глинистых грунтов (текучести WL и раскатывания Wp), а при необходимости - максимальная молекулярная влагоемкость Wm, а также минеральный состав глинистых частиц (процентное содержание глинистых минералов - каолинита, монтморолинита, гидрослюды);

- показатели прочности: угол внутреннего трения φ, удельное сцепление c;

- показатели деформируемости: коэффициент уплотнения а, модуль деформации Е и коэффициент поперечного расширения v;

- показатели просадочности для глинистых (лессовых) грунтов;

- показатели набухания и усадки для глинистых грунтов, а также пучения при воздействии отрицательных температур;

- коэффициент фильтрации k;

- показатели фильтрационной прочности грунтов, критические градиенты напора (при расчетах выпора Icr,u, суффозии Icr,p и контактного размыва Icr,c) и критические скорости фильтрации.

Кроме того, необходимо определить содержание в грунтах водорастворимых солей, а также органических примесей и степень их разложения. Для камня и крупнообломочных пород следует определять водопоглощение.

Характеристики грунтов (прочностные, деформационные, фильтрационные) следует определять экспериментально, с учетом состояния по плотности, влажности и температуре, в котором грунты будут находиться в плотине в процессе ее строительства и эксплуатации; для плотин I класса - с учетом последовательности возведения и вида напряженно-деформированного и температурно-влажностного состояния.

4.14 Для проектирования плотин I и II классов дополнительно к характеристикам грунтов, указанным в 4.13 настоящего приложения, следует определять:

- сопротивление сжатию и коэффициент размягчаемости исходной горной породы - для камня и крупнообломочных грунтов;

- фильтрационные и прочностные характеристики намытых грунтов с учетом анизотропии;

- прочность на одноосное растяжение σt (в случаях необходимости проверки трещиностойкости глинистых противофильтрационных устройств плотин и дамб);

4.15 Характеристики грунтов, предназначенных для укладки в тело плотин и дамб, а также грунтов их оснований следует устанавливать по материалам инженерно- геологических и геомеханических исследований.

При проектировании грунтовых сооружений из искусственных смесей их характеристики, перечисленные в 4.13 настоящего приложения, определяют путем специальных исследований.

Характеристики грунтов намывных плотин устанавливают с учетом данных о плотинах - аналогах, возведенных из карьерных грунтов, близких по зерновому составу и форме частиц к грунтам проектируемого сооружения и результатам проведения опытного намыва.

При назначении характеристик грунтов намывных плотин надлежит учитывать фильтрационные и прочностные характеристики с учетом анизотропии, изменение их показателей с течением времени по данным аналогов и исследований или по результатам проведения опытного намыва.

Для неоднородных земляных намывных плотин (6.1 настоящего приложения) физико-механические характеристики намытого грунта следует определять отдельно для каждой зоны.

4.16 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов (плотность, прочностные, деформационные и фильтрационные показатели и т.д.) следует устанавливать путем статистической обработки результатов полевых и лабораторных определений.

Расчетные значения характеристик намываемого грунта (песчаного, гравийного, галечникового) выше уровня воды могут приниматься по таблице Б.2 с корректировкой по результатам опытного намыва.

Таблица Б.2

Грунт

Плотность сухого грунта ρd, т/м3

Угол внутреннего трения водонасыщенного грунта φ, °

Коэффициент фильтрации k, м/сут

Песок:

 

 

 

- пылеватый

1,35 - 1,50

22 - 24

0,5 - 5

- мелкий и средний

1,45 - 1,60

24 - 30

2 - 25

- крупный

1,55 - 1,65

30 - 32

5 - 35

- гравелистый

1,60 - 1,75

32 - 34

10 - 50

Гравийный с содержанием песка < 50%

1,70 - 1,90

34 - 36

> 30

Примечания

1 Данные приведены для грунтов с плотностью частиц ρs = 2,65÷2,70 т/м3.

2 Большие значения плотности ρd и коэффициента фильтрации k относятся к грунту с зернами окатанной формы, меньшие - к грунту с неокатанными зернами.

3 Большие значения угла внутреннего трения относятся к грунту с неокатанными зернами, меньшие - к грунту с зернами окатанной формы.

4 При учете анизотропии намытых песчаных грунтов рекомендуется в расчетах фильтрации и устойчивости откосов намывных плотин корректировать приведенные значения коэффициента фильтрации и угла внутреннего трения согласно опытным данным.

Плотность сухого грунта для частей намывных плотин, намытых под воду, следует принимать как среднее арифметическое плотности сухого грунта ρd и плотности ρd,min намываемого грунта в максимально рыхлом состоянии.

Прочностные характеристики крупнообломочных грунтов допускается определять по аналогам и на основе моделирования их составов и проведения испытаний на модельных смесях.

4.17 За расчетные значения плотности сухого грунта в теле плотины следует принимать величины ρd, соответствующие односторонней доверительной вероятности α = 0,95. Контрольные показатели физико-механических характеристик грунта для сооружения в целом или отдельных его частей устанавливают при расчетной плотности ρd.

4.18 Плотность сложения грунта может назначаться переменной по высоте земляных насыпных, каменно-набросных плотин с учетом:

- изменчивости состава и свойств грунтового материала в карьере и расположения грунта в теле плотины (как по высоте, так и по элементам профиля);

- внешних нагрузок;

- напряженно- деформированного состояния;

- способа отсыпки и уплотнения грунтового материала и интенсивности возведения.

Следует учитывать изменение физико-механических свойств грунта в процессе строительства и эксплуатации сооружения, большую плотность грунта назначают для нижних частей плотины.

Для плотин, отсыпаемых напрямую из карьеров, в случае неоднородности их состава и свойств по площади и (или) по глубине плотность укладки грунта назначают в соответствии с 4.17 настоящего приложения, исходя из конкретных грунтовых условий разрабатываемого участка месторождения.

Для плотин, возводимых в сейсмических районах, плотность сложения грунта в верхней части их профиля должна назначаться в соответствии с требованиями проекта. Размеры этой части определяют расчетом в зависимости от конструкции плотины.

Окончательно необходимую плотность сложения грунта принимают по результатам сравнения технико-экономических показателей разрабатываемых вариантов.

4.19 В проектах необходимо предусматривать геотехнический контроль состояния тела и основания плотины в процессе ее возведения.

4.20 Для плотин I и II классов из грунтовых материалов следует предусматривать на стадии не позднее технического проекта опытные отсыпку и укатку или намыв грунтов на участках, предпочтительно располагаемых в пределах профильных объемов проектируемого сооружения, для отработки технологии строительных работ, уточнения расчетных характеристик, а для намывных плотин также для определения фракционирования грунта по длине откоса намыва.

Плотность крупнообломочных грунтов каменноземляных и каменнонабросных плотин III и IV классов допускается назначать по аналогам с учетом зернового состава грунта, прочности камня на сжатие, толщины отсыпаемого слоя, а также методов его уплотнения.

4.21 Проект организации строительства земляных сооружений разрабатывается в составе проекта генеральным проектировщиком в объеме, предусмотренным соответствующими строительными нормами. Проект производства работ по возведению плотины из грунтовых материалов разрабатывается генподрядной или субподрядной организацией. Исходными данными для его составления являются материалы проекта плотины, проекта организации строительства, рабочие чертежи.

4.22 При наличии особых условий строительства в составе проекта организации строительства должны быть разработаны специальные требования к ведению работ, технические решения и мероприятия, обеспечивающие производство работ и определены дополнительные затраты, вызванные усложнением работ. К числу особых сложностей при производстве работ относятся:

- выемки при значительных притоках подземных вод, заболоченности и обводненности участков, требующие специальных систем по водопонижению и водоотводу, обеспечивающих условие фильтрационной прочности грунта основания или заполнителя тектонических трещин;

- разработка выемок при наличии, оползней, карстовых явлений;

- разработка котлованов и траншей глубиной более 5 м или сложной конфигурации, требующих специальных креплений;

- подготовка оснований под плотину при строительстве на просадочных, набухающих и засоленных грунтах, слабых водонасыщенных грунтах, илах, торфах, плывунах;

- производство работ по укреплению оснований (цементация, глинизация, силикатизация и т.д.);

- техническая мелиорация грунтов, предназначенных к укладке в плотину;

- возведение насыпей из переувлажненных грунтов;

- производство земляных работ в зимнее время;

- укрепление склонов и откосов (в т.ч. в горных условиях) различными методами;

- производство работ в условиях большой снего- и пылезаносимости;

- производство работ в сложных топографических условиях, на узком фронте работ;

- производство работ с грунтами, изменяющими свои свойства под воздействием внешних факторов: осадков, солнечных лучей и т.п.;

- разработка котлованов бортовых примыканий при строительстве плотин в створах с крутыми бортами.

Проекты производства работ по возведению грунтовых плотин и подготовке оснований в особых грунтовых условиях разрабатываются генеральным проектировщиком или по его заданию субподрядной проектной организацией.

4.23 Проектом организации строительства плотин из грунтовых материалов помимо общих требований должны быть предусмотрены следующие основные решения:

- способы разработки грунта в выемках, карьерах и при планировочных работах, генеральные и вспомогательные механизмы;

- способы технической мелиорации грунтов, улучшающие их строительные свойства;

- способы подготовки оснований сооружений;

- способы транспортировки грунта;

- способы укладки грунта в насыпи, обратные засыпки и при планировочных работах;

- баланс разрабатываемых и укладываемых грунтов;

- карьеры, необходимые для покрытия дефицита в грунтах и способы их разработки;

- мероприятия, обеспечивающие производство работ в зимнее время;

- организация водоотвода и водоотлива;

- устройство отвалов непригодных к использованию грунтов и почвенно-растительного слоя;

- мероприятия по рекультивации земель;

- другие требования, вызванные особыми условиями строительства.

4.24 Баланс грунтовых масс, разрабатываемых и укладываемых в пределах строительной площадки, должен составляться из расчета наиболее выгодного распределения и перемещения грунта в пространстве и времени с учетом следующих факторов:

- сроков и последовательности производства работ на объектах строительства;

- осадок основания и тела насыпей и обратных засыпок при заданной степени их уплотнения;

- наличия свободных площадей на стройплощадке для временного хранения грунта;

- объемов и допустимого срока хранения снятого плодородного слоя грунта, а также заготовленных грунтов с учетом их смерзания в буртах и резервах;

- потерь грунта при транспортировании от воздействия ветра, а для подводных укладок - также потерь грунта в результате размыва и колебания уровня воды в акватории;

- пропускной способности временных дорог и подземных путей, в особенности пионерных траншей и насыпей;

- пригодности грунта из полезных выемок для обратных засыпок и насыпей, предусмотрев максимально возможное использование грунтов из полезных выемок без промежуточного складирования.

При выполнении работ способом гидромеханизации в балансе земляных масс должны учитываться дополнительные объемы грунта на сброс, переборы, перемыв, технологические и другие, отражаемые в проекте, потери.

5 Земляные насыпные плотины

5.1 Земляные насыпные плотины по конструкции тела и противофильтрационных устройств в теле и основании подразделяют на виды, основные из которых, указаны в таблице Б.3 и на рисунке Б.1.

Таблица Б.3

Элементы плотины

Вид плотины

Тело плотины

- однородная (рисунок Б.1, а)

- неоднородная (рисунок Б.1, б, в) с экраном из негрунтовых материалов (рисунок Б.1, г)

- с грунтовым ядром (вертикальным или наклонным), (рисунок Б.1, д)

- с негрунтовой диафрагмой (рисунок Б.1, е)

- с грунтовым экраном (рисунок Б.1, ж)

Противофильтрационное устройство в основании плотины

- с зубом (рисунок Б.1, г)

- с инъекционной (цементационной и др.) завесой (рисунок Б.1, д)

- со стенкой, шпунтом (рисунок Б.1, е)

- с понуром (рисунок Б.1, ж)

Примечания

1 Грунтовые противофильтрационные устройства неоднородной плотины при большой их толщине bum (h/bum < 1.0) называют верховыми (рисунок Б.1,б) или центральными (рисунок Б.1,в) призмами (противофильтрационными), соответственно их расположению.

2 Конструкции тела плотины могут сочетаться с различными конструкциями противофильтрационных устройств в ее основании; выбор зависит от инженерно-геологических условий, физико-механических характеристик основания и обосновывается расчетами и технико-экономическим сопоставлением вариантов. Возможно сопряжение тела плотины с основанием без противофильтрационных устройств (рисунок Б.1).

5.2 При проектировании земляных насыпных плотин на нескальном основании следует отдавать предпочтение однородным плотинам, а также плотинам с грунтовым противофильтрационном устройством (призмой, ядром, экраном).

5.3 При возведении плотин в две или несколько очередей следует, как правило, проектировать их однородными или неоднородными - с противофильтрационной верховой призмой или экраном.

Примечание - Каждая очередь плотины должна обладать требуемой фильтрационной прочностью и устойчивостью.

5.4 Земляные плотины, дамбы, противофильтрационные устройства напорных сооружений в виде грунтовых экранов, ядер, понуров, можно возводить отсыпкой грунтов в воду.

Грунт отсыпают в воду как в искусственные прудки, так и в естественные водоемы (без постройки перемычек и организации водоотлива) с учетом глубин и скоростей течения.

1 - тело плотины; 2 - поверхность депрессии; 3 - дренаж; 4 - крепление откоса; 5 - верховая противофильтрационная призма; 6 - диафрагма; 7 - верховая призма; 8 - низовая призма; 9 - переходные слои; 10 - экран из негрунтовых материалов; 11 - грунтовое ядро; 12 - центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 - шпунт или стенка; 14 - понур; 15 - инъекционная (цементационная) завеса (висячая); 16 - зуб; 17 - подэкрановый слой; 18 - грунтовый экран.

h - высота плотины; b - ширина плотины по низу; bum - ширина противофильтрационного устройства по низу; bup - ширина плотины по гребню; mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса.

Рисунок Б.1 - Виды земляных насыпных плотин

Требования к материалам

5.5 Земляные насыпные плотины можно возводить из всех видов грунтов, за исключением:

- содержащих водорастворимые включения хлоридных солей более 5% по массе, сульфатных или сульфатно-хлоридных более 10% по массе;

- содержащих не полностью разложившиеся органические вещества (например, остатки растений) более 5% по массе или полностью разложившиеся органические вещества, находящиеся в аморфном состоянии, более 8% по массе.

Указанные в подпунктах 1 и 2 грунты допускается применять для создания тела плотины при наличии соответствующего обоснования, при условии проведения необходимых защитных инженерных мероприятий, а также соблюдения правил охраны поверхностных вод от загрязнения.

5.6 Для создания грунтовых противофильтрационных устройств в теле и основании плотины (экраны, ядра, понуры, зубья) следует применять слабоводопроницаемые грунты.

При выборе этих грунтов надлежит учитывать что:

- наиболее пригодными являются глинистые с коэффициентом фильтрации k < 0,1 м/сут и при числе пластичности Ip ≥ 0,05 (при соответствующем обосновании Ip ≥ 0,03), а также искусственные грунтовые смеси, содержащие глинистые, песчаные, дресвяные и крупнообломочные грунты; состав грунтовой смеси следует определять по результатам исследований и проверки его в производственных условиях на опытных отсыпках и выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов;

для экранов и понуров временных сооружений и плотин III и IV классов допускается применять торф (с учетом указаний 4.4 настоящего приложения), причем необходимо предусматривать защитное покрытие из минеральных грунтов;

5.7 Песчаные грунты (мелкие, средней крупности и крупные) следует применять для однородных плотин и плотин с центральной или верховой противофильтрационной призмой, если обеспечивается фильтрационная прочность грунтов плотины, а величина фильтрационного расхода воды через ее тело допустима по результатам водохозяйственных и энергоэкономических расчетов.

5.8 Песчаные и крупнообломочные грунты допускается применять без ограничений для призм земляных насыпных плотин при обеспечении их сопряжения с противофильтрационным устройством и основанием. Указанные грунты должны обладать требуемой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

Откосы и гребень плотины

5.9 Крутизну откосов плотины надлежит назначать, исходя из условия их устойчивости, с учетом:

- физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания;

- действующих на откосы сил: собственного веса грунтов тела плотины, воздействия воды (взвешивания, фильтрационных сил, капиллярного давления), сейсмических и динамических воздействий, внешних нагрузок на гребне и откосах и др.;

- высоты плотины;

- производства работ по возведению плотины;

- условий ее эксплуатации;

- свойств материала и особенностей конструкции противофильтрационных устройств и характера их силового воздействия на упорные призмы плотины.

При предварительном назначении крутизны откосов допускается пользоваться аналогичными данными построенных сооружений с последующей проверкой расчетом устойчивости откосов.

5.10 На откосах плотин, как правило, следует предусматривать устройство берм, определяя их число в зависимости от высоты плотины, условий производства работ, типов крепления откоса и его общей устойчивости.

Бермы следует предусматривать на верховом откосе у нижней границы его крепления для создания необходимого упора, на низовом откосе - для служебных проездов, сбора и отвода атмосферных вод, размещения контрольно-измерительной аппаратуры (КИА).

5.11 Ширину гребня плотины следует устанавливать в зависимости от условий производства работ и эксплуатации (использования гребня для проезда, прохода и других целей), но не менее 4,5 м.

Ширину гребня плотины в местах сопряжения с другими сооружениями или с берегами следует устанавливать в соответствии с конструкцией сопряжения и необходимостью создания технологических площадок.

5.12 Отметку гребня плотины следует назначать на основе расчета возвышения его над расчетным уровнем воды.

Возвышение гребня плотины надлежит определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе:

- при нормальном подпорном уровне (НПУ) или при более высоком уровне, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий;

- при форсированном подпорном уровне (ФПУ), или другом уровне, относимом к особым сочетаниям нагрузок и воздействий.

Возвышение гребня плотины hs в обоих случаях определяется по формуле

hs = Ñhset + hrun1% + a,                                                                                                 (Б.1)

где Ñhset - ветровой нагон воды в верхнем бьефе;

hrun1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;

а - запас возвышения гребня плотины; запас а определяют как большую из величин 0,5 м и 0,1h1% (h1% - высота волны 1% вероятности превышения).

Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку гребня.

При определении первых двух слагаемых формулы Б.1 следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ), при особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать в соответствии с классом сооружения.

Запас для всех классов плотин должен быть не менее 0,5 м. В случае выполнения в плотине противофильтрационного устройства в виде асфальтобетонной диафрагмы величина a должна назначаться с учетом понижения отметки гребня диафрагмы за счет растекания ее во времени.

При возведении плотины в сейсмических районах отметку гребня следует назначать с учетом высоты гравитационной волны, возникающей в водохранилище в случае образования в нем сейсмотектонических деформаций при землетрясении, определяемой соответствующими расчетами.

Отметку гребня плотины проектируют с учетом строительного подъема, назначаемого сверх определенного возвышения hs. Величину строительного подъема определяют по прогнозируемой осадке гребня согласно 8.16, 8.17 настоящего приложения.

5.13 При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем верхнего бьефа надлежит принимать не ниже значений, полученных по формуле Б.1. Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, причем принимают более высокую из них.

5.14 При расположении автодороги на гребне плотины ограждения и направляющие устройства следует выполнять в соответствии с требованиями категории дороги.

5.15 В случае если гребень плотины или ее надводные откосы сложены из глинистых грунтов, следует предусматривать их защиту от сезонного промерзания слоем песчаного, гравийного или щебенистого грунта. Толщину защитного слоя следует назначать в соответствии с теплотехническими расчетами. При соответствующем обосновании допускается не предусматривать устройство защитного слоя.

Крепление откосов

5.16 Откосы земляных насыпных плотин следует защищать специальными креплениями, рассчитанными на воздействие волн, льда, течений воды, изменения уровня воды, атмосферных осадков, ветра и прочих климатических и других разрушающих откос факторов (проникновение землеройных животных, пучения глинистого грунта в зимний период и др.).

5.17 Для защиты верхового откоса, как правило, следует принимать следующие виды креплений:

- каменные (насыпные);

- бетонные монолитные, железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;

- асфальтобетонные;

- биологические;

- габионовыми конструкциями;

- грунтоцементные, из камня залитого литым асфальтом и др.

При наличии данных, обоснованных исследованиями или опытом строительства и эксплуатации плотин, допускается применять и другие виды креплений верховых откосов, например, гравийно-галечниковые, и др.

5.18 Вид крепления следует устанавливать, исходя из технико-экономической оценки вариантов с учетом максимального использования средств механизации и местных материалов, характеристик грунта тела плотины и основания, агрессивности воды, долговечности крепления в условиях эксплуатации, архитектурных требований.

5.19 Крепление верхового откоса плотины делится на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное - ниже основного крепления.

Верхней границей основного крепления, как правило, следует считать отметку гребня плотины.

В случае значительного возвышения гребня над расчетным уровнем воды основное крепление следует заканчивать ниже гребня на отметке высоты наката hrum; далее до гребня доводят облегченное крепление.

5.20 Нижнюю границу основного крепления следует назначать, считая от минимального уровня сработки водохранилища на глубине:

h = 2h1%.                                                                                                                      (Б.2)

При этом нижняя граница основного крепления должна быть ниже минимального уровня сработки водохранилища не менее чем на 1,5t, где t - расчетная толщина ледяного покрова.

Примечание - Облегченное крепление должно защищать откос от повреждений при воздействии льда, волн и течений не только в процессе нормальной эксплуатации сооружения, но и в периоды наполнения и опорожнения водохранилища. Облегченное крепление должно сопрягаться с основанием плотины или с бермой, например, устройством упора из камня или бетона.

В случае устройства крепления дна перед сооружением крепление откоса плотины должно быть сопряжено с ним.

5.21 При сопряжении основного и облегченного крепления необходимо предусматривать конструктивные меры, например, устройство в виде упора из камня или бетона. Размеры упора следует назначать в зависимости от крутизны откоса, а также коэффициента трения материала крепления и упора по грунту откоса.

5.22 Для крепления откосов каменной наброской, в том числе залитой асфальтом, следует применять, как правило, несортированный камень (горную массу).

5.23 Необходимые массу и размеры отдельных камней в наброске крепления откосов, количество камней размером меньше расчетного, а также толщину крепления следует определять расчетом.

5.24 Толщину крепления из каменной наброски следует принимать с учетом возможности частичного выноса мелких частиц из нее при волновом воздействии, подвижки крупных камней, уплотнения материала крепления, а также из опыта эксплуатации аналогичных креплений, но не менее 3ds,85, где ds,85 - диаметр камня, масса которого вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы всей каменной наброски крепления.

5.25 Для крепления откосов следует применять каменные материалы из изверженных, осадочных и метаморфических пород, обладающих необходимой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

5.26 Монолитные железобетонные крепления откосов следует проектировать, как правило, в виде секций размером не более 45×45 м каждая, разделенных между собой температурными поперечными и осадочными швами. Секции крепления следует проектировать состоящими из отдельных плит.

Плиты, как правило, следует принимать прямоугольной формы с соотношением сторон 1 ≤ lsl /bsl ≤ 2, где bsl - меньшая сторона, располагаемая перпендикулярно урезу воды; размер назначается равным 0,4λ, где λ - расчетная длина волны, но не более 20 м. Увеличение длины секций допускается при надлежащем обосновании. В пределах каждой секции армирование должно быть непрерывным.

5.27 Гибкие бесшовные крепления откосов на основе асфальтовых материалов (асфальтобетонные, из камня залитого литым асфальтом и т.п.) рассчитываются и проектируются из условий:

- обеспечения их устойчивости на откосе;

- прочности при волновых и ледовых, в том числе и повторяющихся воздействиях;

- сохранения сплошности (трещиностойкости) в зимнее время при отрицательных температурах воздуха;

- исключения разжижения под ними грунта при ударных (динамических) воздействиях.

5.28 Крепление откосов из сборных железобетонных плит следует проектировать с омоноличиванием их в секции. При соответствующем обосновании допускается крепление из неомоноличенных плит с открытыми швами при конструкции, не допускающей выноса частиц грунта тела плотины.

Максимальный размер плит следует устанавливать, исходя из условий транспортирования и удобства укладки их на откос.

5.29 Толщину монолитных и сборных железобетонных креплений следует определять расчетом, а при соответствующем обосновании - по аналогам.

5.30 При пологих откосах плотин (1:7 - 1:12) и высоте волны не более 1 м может быть применено облегченное крепление в виде слоя крупнообломочного грунта, крупность частиц и толщину которого следует определять расчетом или исследованиями.

5.31 Крепление низового откоса следует выбирать в зависимости от материала, из которого возведена низовая призма плотины, с целью защиты его от атмосферных воздействий и разрушения землеройными животными. Для крепления низового откоса из песчаных или глинистых грунтов следует, как правило, применять посев трав по растительному слою толщиной 0,2 - 0,3 м, отсыпку щебня или гравия слоем толщиной 0,2 м и другие виды облегченных покрытий.

5.32 Если низовой откос подвержен воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, его крепление следует рассчитывать так же, как и для верхового откоса.

5.33 Под креплением откосов, выполненным в виде каменной наброски, плит с открытыми швами или со сквозными отверстиями и т.п., следует предусматривать обратные фильтры, которые могут состоять из одного слоя разнозернистого материала или двух слоев материалов с различными по крупности частицами, а также из искусственных водопроницаемых материалов (стекловолокно, геотекстиль и т.п.).

5.34 Материал для обратного фильтра, число слоев и их толщину выбирают в зависимости от свойств грунта откоса, наличия и состава местного материала и результатов технико-экономического сравнения вариантов.

5.35 Под обратными фильтрами на откосах из глинистых, мелкозернистых песчаных или разжижающихся при динамических нагрузках грунтов следует укладывать песчаную пригрузку, зерновой состав и толщину которой устанавливают на основании данных исследований грунтов, расчетов устойчивости и фильтрационной прочности.

5.36 Под креплениями из монолитных или сборных железобетонных плит (с уплотненными швами или замоноличенных в секции) на откосах из песчаных или глинистых грунтов следует, как правило, укладывать однослойный обратный фильтр.

5.37 Допускается применение монолитных железобетонных бесфильтровых креплений, обеспечивающих надежную работу конструкции, не допускающих выноса материала откоса через швы.

5.38 Крутизну неукрепленного волноустойчивого грунтового откоса следует принимать в соответствии с расчетным волновым воздействием. При этом очертание откосов должно быть принято с учетом «профиля динамического равновесия». Применение неукрепленных откосов должно быть обосновано исследованиями и технико-экономическим сопоставлением с вариантами укрепленных откосов.

Противофильтрационные устройства

5.39 Противофильтрационные устройства следует выполнять из слабопроницаемых грунтов (глинистых и мелкозернистых песчаных, глинобетона, а также торфа) или негрунтовых материалов (бетона, железобетона, полимерных, битумных материалов и др.) в виде верховой или центральной противофильтрационной призмы, экрана, диафрагмы, ядра, понура, шпунта, стенки, в том числе и создаваемой методом «стена в грунте», цементационной и других завес, а при соответствующем обосновании - в виде комбинированной конструкции из грунтовых и негрунтовых материалов.

Применение комбинированных противофильтрационных устройств позволяет возводить сооружения без создания перемычек, что существенно сокращает сроки строительства и объем работ.

Комбинированные противофильтрационные устройства, как правило, состоят из следующих фрагментов (рисунок Б.2):

- грунтовое ядро и инъекционная диафрагма;

- пленочная и инъекционная диафрагма;

- асфальтобетонная диафрагма и инъекционная завеса;

- грунтовое ядро и «стена в грунте» - инъекционная диафрагма.

Сопрягающий элемент может предусматриваться на уровне коренных пород, в т.ч. с устройством подземных галерей.

5.40 Противофильтрационные устройства следует выбирать в зависимости от вида земляной плотины, характеристик грунтов ее тела и основания, наличия необходимых грунтовых или негрунтовых материалов для противофильтрационных устройств, высоты плотины, положения водоупора основания и условий производства работ по результатам технико-экономического сопоставления вариантов плотин с различными конструкциями ПФУ.

5.41 Толщину грунтового экрана или ядра плотины рекомендуется увеличивать сверху вниз.

Минимальную толщину экрана или ядра по верху назначают из условий производства работ, но не менее 0,8 м, а понизу - такую, чтобы градиенты напора фильтрационного потока, принимаемые для глинобетона, глины, суглинка и супеси, удовлетворяли критерию фильтрационной прочности (9.5 настоящего приложения).

Участки ядра или экрана, а также понура, на которых возможно их промерзание и (или) размыв вследствие значительных скоростей течения воды (например, при подходе к донному водоспуску), следует покрывать защитным слоем.

5.42 Гребень грунтового экрана (после окончательной осадки плотины) должен быть выше ФПУ с учетом высоты волны и ветрового нагона воды (5.12 настоящего приложения).

Гребень ядра и диафрагм из негрунтовых материалов должен быть выше ФПУ с учетом нагона, но без учета наката волны (5.12 настоящего приложения).

1 - верховая призма; 2 - крепление верхового откоса; 3 - грунтовое ядро; 4 - переходные слои (обратные фильтры); 5 - низовая призма; 6 - сопрягающий элемент; 7 - инъекционная завеса; 8 - пленочная диафрагма; 9 - асфальтобетонная диафрагма («стена в грунте»); 10 - «стена в грунте»

mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса.

Рисунок Б.2 - Конструкции плотин с комбинированными противофильтрационными устройствами

5.43 При глубоком залегании водоупора следует при экране (ядре) предусматривать устройство понура или завесы. Понур, как правило, следует выполнять из того же материала, что и экран (ядро).

Длину понура следует назначать в зависимости от фильтрационных расходов, а также по условию недопущения опасных фильтрационных деформаций грунта основания плотины.

Толщину понура следует принимать, исходя из условий обеспечения его фильтрационной прочности (9.5 настоящего приложения). Наименьшую конструктивную толщину грунтового понура принимают не менее 0,5 м.

В случае, если под экраном или в основании понура расположен крупнозернистый грунт, между противофильтрационным элементом и таким грунтом следует укладывать обратный фильтр.

5.44 При отсутствии на месте строительства плотины грунтов, пригодных для противофильтрационного элемента или при неблагоприятных климатических условиях необходимо предусматривать негрунтовые противофильтрационные устройства из асфальтобетона, железобетона, полимерных материалов или инъекционную диафрагму.

5.45 Асфальтобетонные экраны следует выполнять из гидротехнического асфальтобетона или полимерасфальтобетона с заданными по условиям строительства и работы конструкции показателями его физико-механических свойств. Свойства асфальтобетона для экранов следует назначать из условия устойчивости его на откосе, трещиностойкости при отрицательных температурах воздуха, усталостной прочности и жесткости при волновых нагрузках. За расчетный коэффициент фильтрации асфальтобетонного экрана и понура можно принимать коэффициент фильтрации равный 1·10-9см/с.

Применение асфальтобетонных экранов при минимальной температуре < -50°С не допускается.

Толщину асфальтобетонного экрана и его конструкцию следует устанавливать из условия сохранения его сплошности и прочности при волновых, ледовых и температурных воздействиях. Подготовку под экран выполняют по принципу обратного фильтра - переходного слоя, исключающего противодавление под экраном.

5.46 Экраны из камня, залитого литым асфальтом, выполняются лишь в каменно- набросных плотинах. Требования к их выполнению и расчету те же, что и в случае асфальтобетонных экранов, с той лишь разницей, что их трещиностойкость при отрицательных температурах определяется не трещиностойкостью материала экрана в целом, а трещиностойкостью асфальтовой заливочной массы.

Толщину экрана из камня, залитого асфальтом, и его конструкцию следует устанавливать из условия сохранения устойчивости и прочности на откосе при волновых, ледовых, температурных воздействиях и при осадках.

5.47 Асфальтобетонные диафрагмы выполняют из литого, пластичного и уплотняемого горячего асфальтобетона. Тип и состав асфальтобетона для строительства диафрагмы следует выбирать, исходя из прочностных свойств материала, технологических и экономических расчетов.

Применение асфальтобетонных диафрагм при температурных воздействиях < -50°С не допускается.

Основным требованием к конструкции диафрагмы является обеспечение ее работы в сжатом состоянии совместно с грунтом тела плотины. При этом напряжения и деформации в диафрагме не должны превышать допустимых значений для выбранного состава асфальтобетона.

Состав грунта переходных слоев следует проектировать из условия недопустимости проникания в его поры асфальтобетона диафрагмы и его непросыпаемости в поры грунта тела плотины.

Конструкция примыкания асфальтобетонной диафрагмы к основанию и к бетонным сооружениям должна обеспечивать возможность скольжения диафрагмы по поверхности примыканий. Асфальтовый материал в зоне примыкания должен при этом работать в сжатом состоянии.

5.48 Толщина асфальтобетонной диафрагмы и материал для ее выполнения назначаются по расчету из условия сохранения сплошности и обеспечения совместности работы диафрагмы с телом плотины. Предварительно ее толщина задается по формуле:

t = a + 0,008H,                                                                                                            (Б.3)

где H - напор в рассматриваемом сечении диафрагмы,

a = (0,4 - 0,5) м - толщина диафрагмы на гребне плотины.

Асфальтобетонные диафрагмы обладают способностью воспринимать большие деформации плотин, не нарушая своих функций.

5.49 Железобетонные экраны в земляных насыпных плотинах на скальном или малосжимаемом основании следует применять с обязательным зонированием поперечного сечения плотины по степени уплотнения грунтов и гранулометрическому составу. Основные требования к проектированию железобетонных экранов изложены в 7.25 - 7.28 настоящего приложения.

5.50 Бетонные и железобетонные (сборные и монолитные) диафрагмы следует проектировать в соответствии с требованиями к бетонным конструкциям. Диафрагмы следует разрезать вертикальными и горизонтальными швами с соответствующими уплотнениями, допускающими температурно-осадочные деформации.

При надлежащем обосновании расчетами напряженно-деформированного состояния и при максимальном уплотнении грунтов тела плотины допускается возводить монолитные железобетонные диафрагмы без разрезки горизонтальными деформационными швами.

5.51 При использовании полимерных материалов (например, полиэтиленовой, поливинилхлоридной, бутилкаучуковой пленок и др.) для создания противофильтрационных устройств конструкция этих устройств и технология строительства должны обеспечивать защиту их от солнечной радиации и механических повреждений.

В зависимости от величины допускаемых фильтрационных потерь и материала соединение полимерных элементов между собой может быть сварным, клеевым или механическим в виде нахлеста.

Толщину противофильтрационного устройства из полимерного материала следует назначать расчетом, исходя из следующих условий:

- величина максимальных растягивающих напряжений в материале не должна превышать величины допускаемого растягивающего напряжения, определяемого требуемой долговечностью;

- зерновой состав контактирующего грунта должен обеспечивать неповреждаемость полимерного материала; при назначении прочности укладываемого грунта должны учитываться действующие напряжения;

- при соответствующем обосновании, с целью повышения надежности работы диафрагмы, она может быть выполнена в виде двух слоев гибкого материала с антифрикционной смазкой между ними.

Противофильтрационные конструкции из полимерных материалов допускается применять для плотин III и IV классов, а также, при надлежащем обосновании, для плотин I и II классов высотой до 60 м.

5.52 Инъекционную диафрагму в плотине следует создавать путем нагнетания в поры грунта тела плотины специального уплотняющего раствора, соответствующего состава и консистенции.

Инъекционная диафрагма должна обладать необходимой фильтрационной прочностью, деформационными и прочностными свойствами, обеспечивающими долговечность плотины.

Состав и технологию нагнетания инъекционных растворов обосновывают исследованиями, а при необходимости - опытными работами в производственных условиях.

Дренажные устройства

5.53 Дренажные устройства тела земляной плотины следует проектировать с целью:

- организованного отвода воды, фильтрующейся через тело, основание и береговые примыкания плотины в нижний бьеф;

- предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию;

- снижения депрессионной поверхности для повышения устойчивости низового откоса (внутренний дренаж);

- обеспечения устойчивости верхового откоса при быстрой сработке водохранилища;

- снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях;

- отвода воды, профильтровавшейся через экран (ядро); в случае слабопроницаемого материала низовой призмы плотины и наличия низовой переходной зоны, отвод воды следует осуществлять специальным дренажным слоем на поверхности основания, соединенным с дренажем низовой призмы плотины.

В высоких плотинах, выполняемых из суглинистого или супесчаного грунта, для ускорения консолидации и устранения влияния порового давления может быть предусмотрено устройство горизонтальных или вертикальных дрен в толще низовой и центральной частей тела плотины.

Указанные мероприятия по ускорению процессов консолидации должны осуществляться на основе расчетов деформаций. В период эксплуатации необходимо проводить натурные наблюдения за деформациями. Работы по устройству дренажей должны вестись при отсутствии напора на сооружение, а при действующем напоре - под защитой систем, обеспечивающих водопонижение.

5.54 При проектировании дренажных устройств необходимо учитывать физические характеристики грунтов тела и основания плотины, их суффозионность и условия фильтрации в области дренажа.

Размеры дренажных устройств следует определять для каждого конкретного случая, исходя из фильтрационных условий, исключающих кольматаж грунта в области дренажа.

Конструкции дренажных устройств низовой части плотины представлены на рисунке Б.3.

В русле: а - дренажный банкет; б - наслонный дренаж.

На берегу: в - трубчатый дренаж; г - горизонтальный дренаж; д - ж - комбинированные дренажи.

1 - дренажный банкет; 2 - поверхность депрессии; 3 - обратный фильтр; 4 - наслонный дренаж; 5 - труба; 6 - дренажная лента; 7 - отводящая труба; 8 - отводящая канава.

df - максимальная глубина промерзания; mh - коэффициент низового откоса; bb - ширина банкета по верху.

Рисунок Б.3 - Схемы основных видов дренажа

5.55 Для сопряжения дренажа с плотиной, как правило, укладываются обратные фильтры (один или более слоев). Обратный фильтр дренажа может выполняться из несвязных естественных или получаемых путем рассева или дроблением грунтов, а также из искусственных пористых материалов (пористого бетона и др., согласно 5.73 настоящего приложения).

Дренажный коллектор следует проектировать из камня, бетонных, железобетонных, асфальтоцементных, гончарных труб и т.п. с учетом агрессивности воды.

5.56 Дренажный банкет (рисунок Б.3, а) следует выполнять, как правило, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду.

Превышение гребня дренажного банкета hs (при отсутствии наслонного дренажа) над максимальным уровнем нижнего бьефа (рисунок Б.3 а, б) следует определять в соответствии с 5.12 настоящего приложения, но не менее 0,5 м. Ширину банкета назначают из условий производства, но не менее 1 м.

При сопряжении тела плотины с дренажным банкетом должна быть обеспечена фильтрационная прочность сопряжения за счет устройства обратного фильтра по внутреннему откосу банкета. При наличии в основании мелкозернистого грунта и больших выходных градиентов напора под дренажным банкетом надлежит предусматривать горизонтальный обратный фильтр или замыв пор каменного банкета на высоту, определяемую фильтрационными расчетами.

Гребень дренажного банкета следует защищать от засорения поверхностными стоками.

5.57 Наслонный дренаж (рисунок Б.3, б) следует выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму, а также при отсутствии на месте строительства достаточного количества камня.

Толщину наслонного дренажа с обратным фильтром следует назначать из условий производства работ, но не менее величины

t = 5ds,85 + tf,                                                                                                               (Б.4)

где ds,85 - диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы грунта всего дренажного слоя;

tf - толщина обратного фильтра.

Материал наслонного дренажа должен сопрягаться с материалом обратного фильтра и защищать низовой откос от волнового воздействия в нижнем бьефе, а в некоторых случаях - и от промерзания.

Превышение гребня наслонного дренажа hs над максимальным уровнем нижнего бьефа следует принимать, как и для дренажного банкета (5.56 настоящего приложения), с учетом высоты выклинивания фильтрационного потока на низовой откос плотины и глубины промерзания.

5.58 Трубчатый дренаж (рисунок Б.3, в) следует применять, как правило, на тех участках плотины, где в период ее эксплуатации вода в нижнем бьефе отсутствует или присутствует кратковременно.

Трубчатый дренаж следует предусматривать из бетонных или асбестоцементных труб (перфорированных) с заделанными стыками, с обсыпкой обратным фильтром.

Сечение дренажных труб следует определять гидравлическими расчетами. Диаметр дренажной трубы следует назначать в зависимости от величины сбрасываемого фильтрационного расхода, но не менее 200 мм.

По длине трубчатого дренажа необходимо предусматривать смотровые колодцы, располагаемые с учетом местности и требуемых уклонов.

5.59 Горизонтальный дренаж (рисунок Б.3, г) следует проектировать в виде сплошного дренажного слоя или отдельных горизонтальных поперечных или продольных дренажных лент, выполняемых из крупнозернистого материала и защищаемых обратным фильтром.

5.60 Комбинированный дренаж (рисунок Б.3, д - ж) представляет собой одну из возможных комбинаций дренажей, указанных в 5.56-5.59 настоящего приложения. Отметку гребня банкета комбинированного дренажа (рисунок Б.3, д) следует назначать с учетом условий перекрытия русла реки.

5.61 Размеры дренажных устройств в виде плоских дренажей или дренажных лент следует определять гидравлическими и фильтрационными расчетами с учетом условий выполнения дренажа.

5.62 Вид дренажных устройств может меняться на различных участках плотины, и их конструкцию следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов в зависимости от:

- вида плотин;

- инженерно-геологических и гидрогеологических условий основания и берегов;

- физико-механических характеристик грунтов, использованных для дренажей;

- условий производства работ;

- климатических условий района строительства;

- условий эксплуатации и температурного режима сооружения;

- степени агрессивности воды.

5.63 Дренажи тела плотины, как правило, не устраивают в следующих случаях:

- при возведении плотин на водопроницаемом основании, в которых депрессионная поверхность без устройства дренажа оказывается достаточно удаленной от поверхности низового откоса и не попадает в зону промерзания;

- в низовой части плотин с экранами, ядрами и диафрагмами при условии обеспечения отвода профильтровавшейся воды;

- в плотинах, низовая часть которых выполнена из каменной наброски или из другого крупнообломочного материала (гравийного, галечникового и т.п.).

5.64 В случае, если земляная плотина сопрягается с бетонными сооружениями, дренажи их должны быть увязаны между собой.

5.65 В местах примыкания плотины к береговым участкам, расположенным выше уровня нижнего бьефа в межень, должен быть предусмотрен организованный отвод воды, профильтровавшейся через плотину (например, горизонтальный дренаж).

5.66 При строительстве земляных насыпных плотин на водонасыщенных грунтах, в которых под нагрузкой возникает поровое давление, нарушающее прочность основания, в условиях, если оно не может быть уменьшено за счет снижения интенсивности возведения плотины, поверхность основания в пределах низовой части плотины следует покрывать горизонтальным дренажем, а для отвода воды, отжимаемой из грунта основания, рекомендуется дополнительно устраивать вертикальные дрены. Необходимость и размеры такого дренажа, а также расстояние между вертикальными дренами должны быть обоснованы расчетами с учетом интенсивности возведения плотины.

5.67 Устойчивость верхнего слоя грунта основания в нижнем бьефе следует оценивать расчетом на выпор от действия восходящего фильтрационного потока, если этот слой имеет водопроницаемость меньшую, чем нижележащий грунт.

При недостаточной устойчивости слоя грунта у подошвы низового откоса плотины надлежит устраивать вертикальный дренаж, прорезающий этот слой и снижающий противодавление.

Вместо вертикального дренажа, при соответствующем обосновании, следует предусматривать пригрузку основания за низовым откосом плотины с устройством при необходимости обратного фильтра и учете глубины промерзания.

Обратные фильтры

5.68 Обратные фильтры надлежит предусматривать на контакте дренажа (или пригрузки) и дренируемого тела плотины, ядра, экрана или основания плотины, а также в любом месте искусственно созданного напорного фронта, где возможна механическая суффозия на контакте между разнородными грунтами.

Материалы обратного фильтра следует подбирать из условия обеспечения фильтрационной прочности сопрягающихся грунтов в месте контакта в процессе возведения и в период эксплуатации плотин.

Обратные фильтры допускается не устраивать при специальном обосновании; в частности, устройство такого фильтра по контакту с дренажем необязательно, если дренируемое тело сложено гравелистыми песками, гравийными грунтами и т.п., удовлетворяющими требованиям к составу обратного фильтра.

5.69 Зерновой состав материала обратного фильтра должен быть подобран с учетом физических характеристик дренируемого грунта и имеющихся местных фильтровых материалов.

Состав фильтра должен исключать:

- отслаивание глинистого грунта на контакте с материалом фильтра - для плотин из глинистого грунта или плотин на глинистом основании;

- проникновение (просыпание) частиц защищаемого грунта в поры фильтра на участках нисходящего фильтрационного потока - для плотин из песчаного грунта;

- выпор и вдавливание частиц грунта в поры фильтра - для песчаного основания на участках восходящего потока;

- размыв защищаемого грунта на границе с фильтром - в случае фильтрационного потока, направленного вдоль контакта (контактный размыв);

- кольматаж фильтра мелкими частицами, выносимыми фильтрационным потоком из защищаемого грунта, вынос которых допускается в проекте;

- опасную для прочности фильтра суффозию в самом слое фильтра.

Состав фильтра должен обеспечивать «самозалечивание» трещин в ядре в случае их образования.

5.70 Число слоев обратного фильтра и их гранулометрический состав следует определять на основании технико-экономического сравнения вариантов, при этом необходимо стремиться к назначению возможно меньшего числа слоев фильтра.

5.71 Материал обратного фильтра дренажей для плотин I и II классов следует проверять экспериментальным путем на грунтах и в условиях работы, в которых он будет находиться в сооружении, а для плотин III и IV классов - согласно соответствующим расчетам.

5.72 Толщина каждого слоя обратного фильтра по фильтрационным условиям должна быть не менее 5ds,85, но не менее 0,2 м.

Толщину слоев обратных фильтров необходимо назначать с учетом производства работ и технико-экономических расчетов.

5.73 Для устройства обратных фильтров следует применять естественные несвязные или получаемые дроблением грунты из морозостойких скальных пород (если этот материал подвергается действию отрицательных температур), не содержащие водорастворимых солей, а также гранулированные шлаки, негрунтовые материалы (например, геотекстиль), применение которых должно быть специально обосновано.

Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями

5.74 Для предотвращения опасной фильтрации по контакту земляной плотины с ее основанием следует предусматривать меры, зависящие от характеристик, состояния грунтов основания и других факторов, и обеспечивающие плотное примыкание грунта тела плотины к грунту основания.

В проектах плотин, возводимых на нескальном основании, следует предусматривать мероприятия по подготовке основания, в том числе по вырубке леса и кустарника, выкорчевыванию пней, удалению растительного слоя и слоя, пронизанного корневищами деревьев и кустов или ходами землеройных животных, а также по удалению грунта, содержащего значительное количество органических включений или солей, легко растворимых в воде (4.4 и 5.5 настоящего приложения), удалению сильнольдистых грунтов по всей площади основания талой плотины или только под верховым клином мерзлой плотины, и в случае необходимости - мероприятия по созданию противофильтрационного устройства в основании плотины (зуб, стенка, шпунт, и т.п.).

При проектировании плотин распластанного профиля частичный или полный отказ от мероприятий по подготовке основания допускается при соответствующем обосновании согласно требованиям 6.3 настоящего приложения.

При проектировании земляных плотин, возводимых на скальном основании, должно быть предусмотрено удаление разрушенной скалы (в том числе должны быть удалены отдельные крупные камни и скопления камней) на площади сопряжения противофильтрационных устройств плотины с основанием, заделаны разведочные геологические и строительные выработки.

На участках сопряжения с основанием частей профиля плотины, выполняемых из более водопроницаемых материалов, чем противофильтрационные устройства, удаление разрушенной скалы необязательно.

При наличии в основании поверхностного слоя грунта, имеющего более низкие прочностные характеристики, чем грунт плотины, необходимо определять экономическую целесообразность удаления этого слоя (или его верхней части), учитывая, что при этом откосы плотины могут быть более крутыми.

Строительство плотин в сейсмических районах на основаниях, сложенных из грунтов, способных разжижаться при динамических воздействиях, требует специальных технико-экономических обоснований.

5.75 Наклонные поверхности берегов в пределах профиля примыкания плотины должны быть соответственно спланированы, при этом не допускаются нависающие участки в пределах примыкания плотины и уступообразные участки в пределах примыкания противофильтрационного устройства плотины.

При наличии в основании плотины быстро выветривающихся пород в проектах необходимо учитывать изменения свойств этих пород или предусматривать соответствующие конструктивно-технологические мероприятия.

При наличии в скальном основании местных сквозных по ходу фильтрационного потока тектонических нарушений в виде трещин надлежит принимать меры к их расчистке и заделке, а также меры, обеспечивающие фильтрационную прочность материала, заполняющего эти трещины.

5.76 Для земляных плотин с противофильтрационными устройствами и однородных земляных плотин, выполняемых из глинистых грунтов на сильнофильтрующих аллювиальных отложениях, перекрывающих скальные породы основания, при небольшой (до 5 м) мощности слоя аллювия, как правило, следует доводить противофильтрационные устройства до скалы врезкой зуба.

При мощности аллювиального слоя более 5 м следует сравнивать варианты плотин с ядром и противофильтрационной преградой (цементационной завесой, бетонной стенкой и др.) с плотинами, имеющими противофильтрационное устройство в виде экрана и понура.

Проектом необходимо предусматривать сопряжение противофильтрационных устройств плотины с основанием в месте примыкания зуба к скале (например, путем инъекции раствора в месте примыкания, а в случае необходимости - устройства противофильтрационной завесы).

Глубину висячей противофильтрационной преграды и длину понура следует устанавливать на основании фильтрационных расчетов.

Примечания

1 Фильтрационный расчет оснований грунтовых плотин (земляных и каменноземляных) при устройстве противофильтрационной завесы должен заключаться в определении фильтрационной прочности грунтов основания, при которой обеспечивается надежность подземного контура в период эксплуатации и экономичность его строительства.

2 Фильтрационный расчет при определении параметров противофильтрационной завесы (глубина завесы, толщина и шаг скважин) в основании грунтовых плотин должен выполняться при условии действия максимального напора на элементы конструкций подземного контура с учетом свойств грунтов основания (скальные, нескальные, суффозионно-устойчивые и др.), заглубления поверхности водоупора и др.

5.77 При сопряжении противофильтрационных устройств плотины с наклонными неровными поверхностями скальных берегов следует предусматривать подготовку поверхности скалы от гребня плотины (ядра, экрана) к основанию с постепенным уположением, без резких переломов, с наименьшим технически и экономически обоснованным наклоном береговых контактов, срезку выступающих участков поверхности скалы и выравнивание бетоном местных понижений.

Угол между смежными участками поверхности скалы в сопряжении с противофильтрационными устройствами не должен превышать 20°.

Очертание продольного профиля плотины по основанию следует назначать на основе результатов расчета его напряженно-деформированного состояния из условия недопущения образования трещин.

5.78 В земляных плотинах на сильно трещиноватых скальных основаниях, по которым (в том числе и после оттаивания) может происходить опасная для тела плотины фильтрация, необходимо предусматривать устройство зуба и противофильтрационной завесы под ним, а также поверхностную инъекцию раствора (цементационного, глинистого и мелкопесчаного с вяжущим) в пределах подошвы противофильтрационного устройства плотины. Проектирование однородных плотин без противофильтрационных устройств в таких случаях должно быть соответственно обосновано.

5.79 При проектировании земляных плотин на слабоводопроницаемом (в том числе после оттаивания) и слаботрещиноватом скальном, полускальном и глинистом основаниях допускается предусматривать укладку грунта тела плотины непосредственно на основание без противофильтрационных устройств.

При проектировании грунтовых плотин высотой более 50 м в узком каньоне корытообразного профиля на скальных и полускальных основаниях можно предусматривать примыкание ядра плотины к основанию через массивную бетонную пробку с расположенными на ней (при необходимости) железобетонными дренажно-смотровыми (цементационными) галереями. Пробка должна быть разрезана продольными температурно-деформационными швами. При сильно трещиноватом основании пробка используется для осуществления площадной уплотнительной цементации.

5.80 В местах сопряжения тела или противофильтрационного устройства плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями следует предусматривать тщательную укладку и уплотнение грунта вблизи поверхности сопряжения для чего контактный слой (толщиной 2 - 3 м) необходимо отсыпать из грунта более пластичного, менее водопроницаемого и более влажного (не более чем на 1 - 3%), чем грунт остального тела плотины или противофильтрационного устройства.

5.81 При проектировании в основании плотины противофильтрационных устройств (шпунтовый ряд, стенка из бетона, глинистого грунта или возводимая методом «стена в грунте» инъекционная завеса, мерзлотная завеса и др.) следует предусматривать сопряжение их непосредственно с противофильтрационными устройствами тела плотины (ядро, экран или диафрагма).

5.82 Сопрягающие устройства земляных плотин с бетонными и железобетонными сооружениями должны обеспечивать:

- защиту земляной плотины от размыва водой, пропускаемой через водосбросные сооружения;

- плавный подход воды к водоприемным и водосбросным сооружениям со стороны верхнего бьефа, плавное растекание потока в нижнем бьефе, предотвращающее подмыв тела и основания плотины;

- предотвращение опасной фильтрации в зоне примыкания.

Проекты сопрягающих устройств плотин I и II классов должны быть обоснованы данными гидравлических и фильтрационных исследований.

5.83 Для обеспечения надежного примыкания тела земляной плотины к бетонному сооружению следует предусматривать уклон сопрягающих граней бетонной конструкции с земляной насыпью не круче, чем 10:1.

Сопряжение земляной плотины с бетонными сооружениями, прорезающими ее тело, следует осуществлять для плотин, имеющих противофильтрационные устройства, в зоне этих устройств, а для однородных плотин - в пределах верхового клина и центральной части плотины.

Сопряжение тела земляной плотины с бетонным сооружением надлежит предусматривать в виде заделанных в него диафрагм, врезающихся в земляную плотину (шпунтовый ряд, бетонная стенка и др.). Длину диафрагм сопряжения следует устанавливать на основании фильтрационных расчетов.

Противофильтрационные устройства в основании земляных плотин и бетонных сооружений должны быть взаимоувязаны.

5.84 При сопряжении участков земляной плотины, выполняемых насыпным и намывным способами, необходимо предусматривать мероприятия, не допускающие сосредоточенную фильтрацию в месте сопряжения и неравномерную осадку тела плотины и основания.

Требования к реконструкции плотины

5.85 Наращивание однородной грунтовой плотины на слабоводопроницаемом основании при реконструкции сооружения следует осуществлять как с верховой, так и с низовой сторон плотины.

Увеличение высоты плотины с диафрагмой (ядром) и завесой в основании возможно как с низовой ее стороны - с созданием экрана, сопрягающегося с диафрагмой, так и с обеих сторон - с сохранением вертикальной диафрагмы, при этом следует определить необходимость усиления противофильтрационной завесы в основании.

Увеличение высоты плотины с экраном и противофильтрационным устройством в основании возможно только с низовой ее стороны с проверкой фильтрационной прочности экрана (из грунтовых или негрунтовых материалов) и, при необходимости, с усилением противофильтрационного устройства в основании.

5.86 При реконструкции плотин из грунтовых материалов следует проводить расчеты устойчивости откосов в соответствии с классом плотины, а также предусматривать соответствующие мероприятия по обеспечению нормальной работы дренажа.

5.87 Для обеспечения надежного сопряжения существующей низовой призмы плотины с наращиваемой необходимо учитывать конструкцию и свойства материала плотины при ее наращивании.

6 Земляные намывные плотины

6.1 Намывные плотины в зависимости от грунтов тела плотины и способов возведения подразделяют на основные виды, указанные в таблице Б.4, на рисунках Б.4, Б.5 и в 4.3 настоящего приложения.

Таблица Б.4

Вид плотины

Грунты тела плотины

Способ возведения плотины

Однородная:

с принудительно формируемыми откосами (рисунок Б.4, а)

Пески, супеси, суглинки (в том числе лессовидные)

Двусторонний намыв с дамбами обвалования на откосах

со свободно формируемыми откосами - верховым (рисунок Б.4, б) или обоими

Пески, гравийные (дресвяные)

Односторонний намыв с дамбами обвалования на низовом откосе (рисунок Б.5, б) и центральный намыв без дамб обвалования

узкопрофильная (рисунок Б.5, в)

Тоже

Пионерный намыв с выпуском пульпы из торца трубы и непрерывным устройством обвалования по откосам

Неоднородная:

с ядром (рисунок Б.4, в)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) с содержанием песчаных и глинистых фракций

Двусторонний намыв с дамбами обвалования на откосах и отстойным прудом в центральной части плотины (рисунок Б.5, а)

с центральной зоной (рисунок Б.4, г)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) или песчаные разнозернистые, содержащие мелкозернистые фракции

Тоже

Комбинированная:

с насыпным ядром из глинистого грунта и намывными боковыми зонами (рисунок Б.4, д)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) или песчаные

Двусторонний намыв без пруда

с насыпными банкетами из горной массы и намывной однородной центральной зоной (рисунок Б.4, е)

Тоже

Тоже

6.2 Конструкцию плотины следует выбирать в соответствии с указаниями 4.3 настоящего приложения; при этом следует стремиться к максимальному использованию естественных грунтов, не требующих сортировки при разработке карьера или выемки.

6.3 При наличии соответствующих карьерных грунтов предпочтение следует отдавать однородным песчаным плотинам, характеризуемым высокой технологичностью производства работ.

Однородные песчаные плотины распластанного профиля со свободно формируемыми откосами следует применять при технико-экономическом обосновании в случае залегания слабых грунтов в основании, необходимости уменьшения объема крепления откосов, а также при намыве под воду.

1 - крепление верхового откоса; 2 - дренаж; 3 - намывное ядро; 4 - намывные промежуточные зоны; 5 - намывные боковые зоны; 6 - намывная центральная малопроницаемая зона; 7 - боковые насыпные призмы (банкеты); 8 - сейсмостойкое крепление откоса; 9 - насыпное глинистое ядро.

Рисунок Б.4 - Виды намывных плотин

а - двусторонний намыв неоднородной плотины с ядром; б - односторонний намыв однородной плотины с верховым откосом, формируемым при свободном растекании пульпы; в - намыв узкопрофильной плотины.

1 - распределительный пульпопровод; 2 - откос намыва; 3 - отстойный пруд; 4 - граница ядра; 5 - дамбы попутного обвалования; 6 - дамба первичного обвалования; 7 - граница прудка; 8 - водоотводящая труба; 9 - временная перемычка; 10 - водосбросной колодец.

Рисунок Б.5 - Основные схемы возведения намывных плотин

При проектировании плотин на слабых и заторфованных грунтах основания, обводненных и заболоченных территориях, допускается не предусматривать полностью или частично работы по удалению поверхностного слоя грунта основания и растительности при условии, что это не приведет к нарушению устойчивости и фильтрационной прочности сооружения.

При возведении однородных плотин на слабых грунтах основания следует, как правило, намывать уширенную нижнюю часть («подушку»), а верхнюю часть возводить после стабилизации осадок «подушки».

6.4 Неоднородные плотины следует проектировать при наличии соответствующих карьерных грунтов и необходимости снижения фильтрационного расхода по сравнению с однородными плотинами, а также для уменьшения объема тела плотины. При этом следует учитывать усложнение технологии производства работ по созданию ядра с заданным размером и составом грунта и недопущению его перемыва крупным грунтом.

Для обеспечения однородных свойств ядра заданного размера и исключения перемыва крупным грунтом допускается включать в проекты при соответствующем обосновании, принудительное перемешивание грунта в пределах прудковой зоны ядра плотины.

6.5 Намывные плотины с боковыми насыпными или каменнонабросными призмами следует применять при условии использования высоких перемычек или камня из полезных выемок котлована. При проектировании плотин для сейсмических районов необходимо предусматривать устройство каменно-набросных призм и сейсмостойкого крепления откосов.

6.6 Намывной способ возведения плотины допускается совмещать с насыпным, когда, например, верховую призму плотины намывают из песка, а низовую из гравийно-галечникового грунта.

6.7 В проекты намывных плотин следует включать мероприятия по обеспечению качества намыва грунта и установленной плотности его укладки, а также устойчивости откосов плотины в строительный период, в частности, с учетом фильтрационного потока, образующегося за счет водоотдачи свеженамытого грунта, инфильтрации с поверхности намыва и из отстойного пруда. Для намывных плотин должна быть установлена предельная интенсивность их наращивания по условию обеспечения водоотдачи намытого грунта, а для частей плотин, намываемых под воду - пределы подводной и надводной крутизны откоса.

Интенсивность намыва необходимо также контролировать, ведя наблюдения за величиной порового давления.

Требования к материалам

6.8 Зерновой состав карьерных грунтов следует считать основной характеристикой для оценки технической возможности возведения намывных плотин и экономической целесообразности выбранной конструкции.

Содержание органических и водорастворимых примесей в грунтах для намыва плотины следует допускать в количествах, при которых их остаток в теле намывной плотины после производства работ по ее намыву будет не выше величин, указанных в 5.5 настоящего приложения.

6.9 Предварительную оценку пригодности карьерного грунта для намыва плотин, в зависимости от зернового состава следует производить по графику, приведенному на рисунке Б.6.

Рисунок Б.6 - Группы грунтов, используемых для намыва плотин.

Предпочтительными для намыва однородных плотин являются песчаные грунты I группы; песчаные и гравийные грунты II группы целесообразно предусматривать для неоднородных плотин с мелкопесчаной центральной зоной или глинистым ядром.

Супеси (III группа), суглинки (IV группа), гравийные и галечниковые грунты (V группа), а также лессовидные грунты можно использовать для намыва при соответствующем технико-экономическом обосновании. При этом супеси и лессовидные суглинки следует использовать для намыва однородных плотин, а также для намыва центральной слабоводопроницаемой зоны неоднородных плотин, гравийно-галечниковые грунты - для намыва боковых зон этих плотин.

Запас грунта в карьере должен быть в 1,5 - 1,8 раза больше объема грунта, принятого в проекте плотины.

При выборе карьеров инженерно-геологические изыскания следует проводить с детальностью, позволяющей выделить и исключить из запасов участки грунта, не отвечающего требованиям укладки в плотину, а также не поддающегося разработке средствами гидромеханизации.

Грунт для намыва плотин должен быть проверен на содержание негабаритных включений (валунов, камней и т.п.), не проходящих через рабочие органы грунтовых насосов.

6.10 Для неоднородных плотин предпочтительны грунты с высокой степенью разнозернистости, например, гравийные с пылеватыми, глинистыми фракциями и при содержании песчаных частиц не менее 25 - 30%. Содержание в ядре глинистых частиц размером d ≤ 0,005 мм допускается не более 20% по условиям консолидации грунта; более высокое содержание глинистых частиц следует допускать при специальном обосновании.

6.11 Возможность применения для намыва искусственных смесей грунтов из разных карьеров или сортированных карьерных грунтов должна быть обоснована технико-экономическим расчетом.

6.12 При необходимости следует предусматривать дополнительное искусственное уплотнение (глубинное гидровибрирование, уплотнение взрывами, послойное уплотнение или укатку и др.). Мероприятия по дополнительному уплотнению должны быть обоснованы, как правило, полевыми опытными работами.

Фракционирование грунта в теле плотины

6.13 Фракционирование грунта в поперечном профиле плотины в результате гидравлической раскладки следует учитывать при коэффициенте разнозернистости намываемого грунта К60,10 > 2,5 или К90,10 > 5. Раскладка грунта зависит от его зернового состава, расхода пульпы и ее консистенции, ширины пляжа намыва.

6.14 При определении зернового состава грунта намывных плотин необходимо учитывать отмыв и сброс мелких частиц грунта. При возведении песчаных однородных плотин следует обеспечивать сброс глинистых и частично пылеватых частиц, однако технологически неизбежен отмыв и более крупных частиц вплоть до мелких песчаных.

При намыве неоднородных плотин сброс глинистых частиц следует назначать с учетом требований 6.10 настоящего приложения.

6.15 При проектировании однородных плотин зерновой состав намытого грунта следует принимать по средневзвешенному составу карьерного грунта с учетом отмыва мелких частиц грунта при условии незначительной вариации в поперечном сечении плотины состава грунта и коэффициента фильтрации. При этом следует учитывать небольшое увеличение содержания мелких частиц грунта в центральной части плотины при ее двустороннем намыве и в наиболее удаленной от выпуска пульпы части плотины при одностороннем намыве.

6.16 При проектировании неоднородных плотин зерновой состав грунта в отдельных их частях необходимо устанавливать с учетом фракционирования при намыве.

Фракционирование грунта при намыве определяют по аналогам или расчетом.

Осредненный зерновой состав грунта следует определять отдельно для ядра и боковых зон плотины, а также для промежуточных зон. Разбивка профиля плотины на части принимается в соответствии с имеющимися аналогами.

Для плотин I и II классов фракционирование грунта следует уточнять при проведении опытного намыва, соблюдая условия технологии возведения данной плотины.

6.17 Ширину ядра неоднородной плотины следует предварительно назначать в зависимости от состава карьерного грунта в пределах 10 20% ширины плотины на данной высоте, а центральной зоны из мелкопесчаного грунта - в пределах 20-35% указанной ширины. Эти размеры надлежит корректировать в соответствии с требованиями раздела 6 настоящего документа или по результатам начального этапа намыва.

Очертание и крепление откосов плотины

6.18 Крутизну откосов намывных плотин и вид их крепления назначают в соответствии с требованиями 5.9 - 5.38 настоящего приложения; при этом крутизну откосов следует устанавливать не только с учетом конструкции и высоты плотины, характеристик грунтов ее тела и основания, но и с учетом неблагоприятного для устойчивости откосов фильтрационного режима, возникающего в процессе намыва плотины, а также отсутствия в период строительства постоянных дренажных устройств.

Предварительно средние значения крутизны откосов намывных плотин можно назначать по аналогии с построенными сооружениями в соответствии с данными таблицы Б.5.

Таблица Б.5

Вид плотины

Грунты основания

Крутизна откоса

Однородная песчаная

Песчаные, супесчаные

1:3,5 - 1:5

Старинные отложения, торф, ил

1:5 - 1:8

Неоднородная гравийно-песчаная с ядром

Скальные, гравийно-песчаные, плотные глины

1:3 - 1:4

6.19 Если в результате расчета устойчивости откосов плотины в стадии ее намыва с учетом технологии производства работ получаются более пологие откосы, чем по расчетам откосов в период эксплуатации плотины, крутизна должна быть принята по рас- четам для строительного периода.

При необходимости выполнения более крутых откосов следует изменить технологию или применить конструктивные мероприятия, например, строительный дренаж.

6.20 Откосы намывных плотин распластанного профиля, формирующиеся при свободном растекании пульпы, допускается проектировать без крепления или с облегченным гравийным, галечниковым или биологическим креплением при обеспечении его сохранности в условиях волнового и ветрового воздействий.

На откосах таких плотин при необходимости следует предусматривать поперечные буны для предотвращения перемещения грунта течениями вдоль плотины.

6.21 Ширину гребня намывных плотин следует устанавливать в соответствии с требованиями 5.11 настоящего приложения.

Минимальную ширину гребня намывной части профиля плотины строительного периода следует назначать с учетом возможности работы гидротранспортной установки и используемых при укладке грунта средств механизации: для неоднородных плотин с центральной зоной не менее 50 м, с ядром - не менее 70 м, для однородных плотин - не менее 20 м.

При необходимости возведения плотины с меньшей шириной по гребню верхнюю ее часть следует выполнять отсыпкой грунта насухо или отсыпкой в воду (прудки).

6.22 При проектировании дренажных устройств в теле намывной плотины следует учитывать требования 5.53 - 5.73 настоящего приложения, отдавая предпочтение конструкциям дренажа, представленным на рисунке Б.3 б, д, е. Дренажные устройства, галереи, вертикальные дрены и др. должны быть возведены до намыва и надежно защищены слоем грунта тела плотины. Если дренажные устройства возводятся после намыва, то выполнять их следует при отсутствии напора на сооружение или под защитой водопонижения.

6.23 Средние значения уклонов откосов при свободном намыве песчаных и гравийных грунтов (при торцевом и эстакадном способе намыва с 10%-ной концентрацией пульпы) можно ориентировочно назначать по таблице Б.6 с последующей корректировкой по данным начального этапа намыва.

Таблица Б.6

Грунт

Уклон откоса при расходе пульпы, м3

< 2000

2000 - 4000

> 4000

Песок:

 

 

 

- мелкий

1/40

1/60

1/100

- средний

1/33

1/40

1/65

- крупный

1/25

1/33

1/40

- гравелистый

1/20

1/25

1/30

Гравий

1/15

1/20

1/25

При консистенции пульпы, отличающейся от 10% -ной, уклон откоса рассчитывают по формуле:

                                                                                                                 (Б.5)

где C - консистенция пульпы, % по массе;

i10 - уклон откоса при C = 10%.

6.24 Уклон откоса при намыве ниже уровня воды определяют по расчету в зависимости от зернового состава грунта. Предварительно уклон откоса может быть принят от 1/10 до 1/4, причем меньшие значения уклона соответствуют мелким пескам при наличии течения воды в водоеме. С увеличением крупности грунта и снижением скорости течения уклон откоса увеличивается.

Требования к реконструкции плотин

6.25 При реконструкции земляных намывных плотин повышение гребня однородной плотины может быть обеспечено за счет примыва низовой призмы к существующему откосу плотины. Примыв следует выполнять из карьерного грунта более крупного состава, чем грунт, из которого намыт основной профиль плотины. Допускается выполнять низовую призму плотины отсыпкой грунта насухо с послойной укаткой.

6.26 При повышении гребня намывной плотины с ядром, кроме примыва низовой призмы, необходимо предусматривать создание противофильтрационного устройства, выполненного, например, в виде экрана, сопряженного с существующим ядром, или противофильтрационного устройства из негрунтовых материалов («стена в грунте» и др.).

6.27 При выполнении работ по реконструкции, перед возведением низовой призмы должен быть снят растительный слой на существующем низовом откосе плотины.

До начала примыва низовой призмы плотины должны быть реконструированы все действующие дренажные устройства.

7 Каменноземляные и каменно-набросные плотины

7.1 Каменноземляные и каменно-набросные плотины по конструкции противофильтрационных устройств и способу производства работ подразделяют на основные виды, указанные в таблице Б.7 и на рисунках Б.7 - Б.9.

Таблица Б.7

Тип плотины

Конструкция противофильтрационного устройства

Каменноземляная

грунтовый экран (рисунок Б.7, а)

грунтовое ядро (вертикальное или наклонное) (рисунок Б.7, б)

верховая грунтовая призма (рисунок Б.7, в)

центральная грунтовая призма (рисунок Б.7, г)

комбинированное ПФУ (рис. Б.2, а, б, в, г)

Каменноземляная возводимая направленным взрывом

без ПФУ (рисунок Б.8, а)

грунтовый экран и понур (рисунок Б.8, б, в)

инъекционная диафрагма (рисунок Б.8, г)

центральная грунтовая призма, образуемая намывом (рисунок Б. 8, д)

Каменнонабросная

экран из негрунтовых материалов (рисунок Б.9, а)

диафрагма (рисунок Б.9, б)

7.2. Каменноземляные и каменно-набросные плотины возводят как на скальных так и на нескальных основаниях.

7.3 При проектировании каменноземляных и каменно-набросных плотин, наряду с требованиями раздела 4 настоящего приложения, необходимо также учитывать требования раздела 5 настоящего приложения в части, относящейся к материалам для возведения земляных насыпных плотин, проектирования откосов и гребня плотин, противофильтрационных устройств и их сопряжений с основанием, берегами и бетонными сооружениями, а также при разработке проектов реконструкции таких плотин.

7.4 Возведение каменноземляных и каменно-набросных плотин следует предусматривать отсыпкой каменного материала (каменной наброски, горной массы, галечникового грунта) слоями, принимая меры к его уплотнению (послойная укатка, гидроуплотнение) или ярусами высотой 3 м и более.

7.5 Возведение каменноземляных плотин направленным взрывом допускается в благоприятных для этого метода природных условиях:

- в узком створе - (В/h) < 3, где В - ширина створа;

- при скальных породах берегов, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к каменным материалам плотин.

Взрывной способ перемещения грунтов как технологический прием следует использовать в сочетании с другими способами возведения части сооружения или отдельного элемента (верховой или низовой) перемычки.

Противофильтрационные устройства взрывонабросных плотин следует выполнять путем инъекции раствора в центральную призму, отсыпкой верховой слабопроницаемой призмы или экрана, а также созданием экрана из негрунтовых материалов. В проектах этих плотин надлежит предусматривать доводку сооружения до необходимых размеров. При надлежащем обосновании направленным взрывом можно возводить и однородные плотины.

1 - крепление верхового откоса; 2 - грунтовый экран; 3 - переходные слои (обратные фильтры); 4 - грунтовое ядро; 5 - верховая призма; 6 - низовая призма; 7 - верховая грунтовая противофильтрационная призма; 8 - центральная грунтовая противофильтрационная призма; 9 - цементация.

Рисунок Б.7 - Виды каменноземляных плотин

1 - навал из горной породы, образованный взрывом; 2 - контур расчетного профиля; 3 - экран; 4 - переходные слои; 5 - понур; 6 - инъекционное ядро; 7 - инъекционная завеса; 8 - центральная грунтовая противофильтрационная призма, образуемая намывом из маловодопроницаемого грунта.

Рисунок Б.8 - Виды взрывонабросных плотин

1 - тело плотины из каменной наброски; 2 - цементационная завеса; 3 - бетонный зуб; 4 - железобетонный экран; 5 - подэкрановый слой; 6 - верховая призма; 7 - диафрагма; 8 - переходные слои; 9 - низовая призма.

Рисунок Б.9 - Виды каменнонабросных плотин

Требования к материалам

7.6 Пригодность материала для возведения каменноземляных и каменно- набросных плотин должна быть обоснована данными исследований в лабораторных и натурных условиях.

Пригодность скальных пород карьера (по прочности, морозостойкости, химическим свойствам) следует устанавливать в зависимости от высоты плотины, местоположения их в профиле плотины и от климатических условий района строительства, учитывая условия разработки и транспортирования.

7.7 Зерновой состав каменного материала плотин следует подбирать, исходя из:

- обеспечения требуемой плотности укладки;

- учета местоположения грунтов в теле плотины.

При соответствующем обосновании допускается применение слабых выветрелых пород с учетом изменения их характеристик во времени.

Окончательный состав материала каменноземляных и каменно-набросных плотин необходимо принимать на основе технико-экономических расчетов рассматриваемых вариантов плотин.

7.8 Предельную крупность крупнообломочного грунта, отсыпаемого в тело плотины, и его зерновой состав следует устанавливать в проекте в зависимости от качества камня и метода возведения плотины. Крупность материала, отсыпаемого послойно с уплотнением, должна быть не более 1/2 - 1/3 толщины отсыпаемого слоя, но может быть и больше в зависимости от используемых уплотняющих механизмов.

7.9 Для плотин I и II классов высотой более 50 м физико-механические характеристики грунтов, полученные в лабораторных условиях или принятые по аналогам, следует, как правило, уточнять исследованиями на опытных насыпях (по возможности включаемых в полезный объем плотины), для плотин высотой более 100 м такие исследования обязательны.

7.10 Для наброски следует использовать камень без сортировки. Сортировку камня можно производить только при наличии соответствующего обоснования.

7.11 Укладку различного материала по частям профиля плотины, как правило, следует предусматривать при высоте плотины 50 м и более, при этом прочный материал следует использовать в более напряженных частях, а материал более морозостойких пород во внешних частях профиля.

7.12 Для материала, предназначенного к укладке в тело плотины ниже поверхности воды или подверженного ее воздействию, коэффициент размягчаемости должен быть не ниже 0,9 для изверженных и метаморфических пород и 0,8 - для осадочных. Меньшие значения коэффициента размягчаемости допускается принимать при соответствующем обосновании.

7.13 К грунтам противофильтрационных устройств (экранов, понуров, ядер, слабопроницаемых призм), переходных слоев и обратных фильтров каменноземляных плотин предъявляют те же требования, что и к соответствующим элементам земляных насыпных плотин.

Если противофильтрационное устройство возводят средствами гидромеханизации, необходимо, чтобы грунт удовлетворял требованиям, предъявляемым к грунтам намывных плотин.

7.14 Для переходных слоев и обратных фильтров каменноземляных плотин следует использовать, как правило, карьерные разнозернистые грунты.

Применение для этих целей обогащенных грунтов, полученных сортировкой, промывкой, добавлением или смешиванием различных фракций, следует допускать только при соответствующем технико-экономическом обосновании. Во всех случаях надлежит отдавать предпочтение однослойным переходным слоям и обратным фильтрам.

Очертание откосов плотины

7.15 Основные размеры поперечного профиля каменноземляных и каменно-набросных плотин следует назначать в соответствии с требованиями 5.9 - 5.15 настоящего приложения.

7.16 Крутизну откосов каменноземляных и каменно-набросных плотин следует назначать по расчету (9.10 - 9.13 настоящего приложения).

При назначении крутизны откосов плотин, возводимых направленным взрывом, необходимо учитывать начальную крутизну откосов, свободно формирующихся в результате сброса грунта взрывом.

7.17 Ширину берм на откосах плотин необходимо принимать из условия обеспечения требуемого осредненного значения крутизны откосов, но не менее 3 м.

Противофильтрационные устройства

7.18 При проектировании противофильтрационных устройств из грунтовых и негрунтовых материалов каменноземляных и каменно-набросных плотин следует учитывать требования 5.39 - 5.52 настоящего приложения.

7.19 Противофильтрационные устройства каменноземляных и каменно-набросных плотин должны сопрягаться с основанием и береговыми склонами и сохранять водоупорность, прочность и гибкость при возможных смещениях.

7.20 Градиент напора фильтрационного потока для ядра или экрана из глинистого грунта каменноземляных плотин следует принимать по критерию фильтрационной прочности (9.6 настоящего приложения).

7.21 Между грунтовым противофильтрационным устройством и крупнообломочным материалом тела плотины надлежит предусматривать обратные фильтры и переходные слои.

Толщину переходных слоев следует назначать исходя из условия производства работ, с учетом возможных горизонтальных смещений плотины и принимать не менее 3 м.

Между негрунтовым противофильтрационным устройством и грунтом тела плотины следует также предусматривать переходные слои

7.22 Материалы переходных слоев и обратных фильтров плотин следует принимать в соответствии с требованиями 5.68 - 5.73 настоящего приложения.

Зерновой состав переходных слоев плотин I и II классов надлежит уточнять экспериментально с учетом условий их работы.

7.23 Для повышения фильтрационной прочности грунтовых противофильтрационных устройств каменноземляных плотин следует предусматривать:

- уширение ядра или экрана на береговых примыканиях и в основании;

- укладку дополнительного слоя обратного фильтра в пределах сопряжения грунтового противофильтрационного устройства с основанием и берегами;

- возведение экрана или ядра из разнозернистых глинистых грунтов, способных в случае образования трещин их закольматировать.

7.24 Противофильтрационные устройства каменно-набросных плотин выполняют, как правило, из железобетона, асфальтобетона, полимерных материалов. Допускается применение металла.

7.25 Железобетонные экраны каменно-набросных плотин рекомендуется возводить только при наличии скального или малосжимаемого основания.

7.26 Железобетонные экраны выполняются однослойными, отрезанными в нижней части от контурной плиты, служащей упором, периметральным швом и разрезанными продольными вертикальными температурно-деформационными швами на продольные полосы шириной 12 - 15 м. При этом горизонтальные температурно-деформационные швы не предусматриваются.

Толщина железобетонного экрана назначается у гребня равной 0,3 м с увеличением к основанию по зависимости:

δ = 0,3 + (0,002÷0,004)H,                                                                                          (Б.6)

где Н - действующий напор, м.

7.27 Сопряжение железобетонного экрана с основанием следует выполнять с помощью контурной плиты. Ширина контурной плиты назначается в пределах:

- на относительно сохранной и прочной скале - (1/16 - 1/20)Н;

- на скале средней прочности - (1/10 - 1/15)Н;

- на сильно трещиноватой и выветренной - (1/6 - 1/9)Н.

Минимальная ширина контурной плиты - 3 м. Ширина контурной плиты в плане изменяется ступенчато - участками с постоянной шириной. Строительные швы предусматриваются в местах изменения ширины или резкого изменения топографии. Расстояние между швами принимается 6 - 8 м, при этом они не должны совпадать с температурно-деформационными швами экрана.

Толщина контурной плиты должна быть равна толщине примыкающего к ней экрана, но не менее 0,4 - 0,5 м.

7.28 Сопряжение экрана с контурной плитой осуществляется по принципу скользящего шва с двойным - тройным уплотнением в виде внутренней полихлорвиниловой, нижней латунной шпонок и наружного уплотнения в виде асфальтобитумной мастики.

Примечание -

Для снижения до минимума деформаций железобетонного экрана следует предусматривать зонирование поперечного профиля плотины по гранулометрическому составу укладываемого в каждую из зон грунта и степени их уплотнения.

В поперечном разрезе плотины выделяются, как правило, 4 зоны:

- подэкрановая переходная зона;

- промежуточная переходная зона;

- верховая упорная призма;

- внешняя (низовая) упорная призма.

Ширина подэкрановой переходной зоны вблизи гребня принимается 3 - 4 м по горизонтали с уширением к основанию на 3 - 4 м на каждые 100 м напора.

Зерновой состав грунта в этой зоне соответствует песчано-гравийному грунту с максимальной крупностью 80 мм и содержанием мелкозема (частиц менее 2 мм) 15 - 37%.

Уплотнение подэкрановой переходной зоны осуществляется горизонтальными слоями толщиной 40 - 50 см виброкатками, до относительной плотности, равной 98%. Кроме уплотнения горизонтальными слоями подэкрановый слой уплотняется также виброкатками по внешнему откосу.

Промежуточная переходная зона отсыпается и уплотняется одновременно с подэкрановой зоной. Ширина ее назначается такой же, как и для подэкрановой зоны.

Зерновой состав этой зоны назначается по принципу подбора обратных фильтров.

Верховая упорная призма со стороны нижнего бьефа ограничивается внутренней границей, проходящей от верхней точки экрана к основанию и к низовому откосу под углом 15 - 30° к вертикали. В этой части профиля используется крупнообломочный грунт (горная масса или гравийно-галечниковый грунт) с коэффициентом разнозернистости свыше 10 - 15, максимальной крупностью 600 - 800 мм и содержанием частиц менее 5 мм от 5% до 20%; уплотняется до относительной плотности не менее 90%.

Крупность камня (галечника) в этой зоне ограничивается только по производственным соображениям; уплотнение до относительной плотности равной 80 - 82%.

7.29 Асфальтобетонные экраны и диафрагмы допускается предусматривать при температурных воздействиях на них в периоды строительства и эксплуатации до -50°С.

7.30 Под экраном из негрунтовых материалов следует укладывать малосжимаемую, слабоводопроницаемую, суффозионно-стойкую переходную зону с коэффициентом фильтрации 10-3 - 10-4 см/сут.

Толщину подэкрановой подготовки следует назначать в зависимости от материала экрана, крупности материала подэкрановой подготовки, крупности материала в наброске, высоты плотины и условий производства работ.

Требования к основаниям плотин. Сопряжение плотин с основанием и бортами

7.31 При оценке грунтов основания и бортов следует учитывать требования 4.5, 4.6 и 5.74 - 5.84 настоящего приложения.

При строительстве плотин на скальном основании в основании и примыканиях водонепроницаемого элемента необходимо удалить покровные грунты и выветрелую часть скальных пород, в которой не может быть выполнена эффективная сопрягающая цементация.

7.32 При строительстве плотин на скальном и особенно на нескальном основании необходимо определять расчетом неравномерность осадок основания как в продольном, так и в поперечном направлении для проверки трещиностойкости противофильтрационных устройств плотин.

7.33 При проектировании каменноземляных плотин с грунтовыми противофильтрационными устройствами, возводимыми методом отсыпки грунтов в воду, должны быть предусмотрены мероприятия по обеспечению контакта грунтов этих устройств с грунтом основания.

7.34 Сопряжение грунтовых противофильтрационных устройств плотины со скальным основанием допускается предусматривать в виде торкретирования основания, береговых склонов, врезки и др.

7.35 Для улучшения статической работы, повышения трещиностойкости противофильтрационных устройств высокие плотины, расположенные в узких ущельях, рекомендуется проектировать с криволинейной осью выпуклой в сторону верхнего бьефа.

7.36 В северной строительно-климатической зоне сопряжение противофильтрационных устройств талых каменноземляных и каменнонабросных плотин с трещиноватым скальным основанием следует выполнять в виде бетонного зуба с потерной для создания цементационной (инъекционной) завесы в основании. В пределах подруслового талика цементацию основания следует предусматривать до заполнения водохранилища, а в береговых примыканиях - по мере оттаивания основания. На сильнотрещиноватых основаниях следует проводить предварительное искусственное оттаивание мерзлых грунтов основания с последующей их цементацией до начала заполнения водохранилища.

На контакте грунтовых ядер и экранов талых каменноземляных плотин с сильнотрещиноватым скальным основанием следует предусматривать устройство слабоармированной бетонной плиты в виде открылков бетонного зуба с укрепительной цементацией основания под ней.

7.37 На нескальных основаниях, сложенных слабосжимаемыми и слабоводопроницаемыми (в том числе и при оттаивании) грунтами, сопряжение противофильтрационных устройств каменноземляных плотин с основанием следует производить врезкой их в основание на глубину верхнего разуплотненного слоя. При наличии в основании верхнего слоя аллювиальных отложений из песчано-гравийно-галечниковых грунтов мощностью до 5 м сопряжение следует осуществлять с помощью зуба, входящего в коренные породы основания.

7.38 В узком створе, где затруднено возведение противофильтрационного устройства в основании, целесообразно рассматривать вариант устройства бетонной «пробки», высоту которой следует определить технико-экономическим сравнением вариантов. При этом в бетонной «пробке» могут трассироваться водоводы разного назначения: санитарных потоков, пропуска паводка либо поверхностного водослива в строительный период и др.

8 Требования к охране окружающей среды

8.1 Проектирование грунтовых плотин должно осуществляться в соответствии с требованиями нормативных документов Российской Федерации. При строительстве плотин должно быть обеспечено выполнение требований по охране окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов, учету ближайших и отдаленных экологических, экономических, социальных, демографических последствий строительства при приоритете охраны здоровья человека и благополучия населения.

8.2 Определение площадки строительства плотины производится в соответствии с Земельным кодексом Российской Федерации и Законом РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

8.3 При технико-экономическом обосновании проекта и проектировании грунтовой плотины должны учитываться современный уровень научно-технического прогресса и предельно допустимые нагрузки на окружающую природную среду как в строительный, так и в эксплуатационный период и предусматриваться надежные и эффективные меры предупреждения и устранения загрязнения окружающей природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, оздоровление окружающей природной среды.

Технико-экономическое обоснование и проекты на строительство грунтовых плотин должны проходить государственную, а при необходимости, и общественную экологическую экспертизу.

8.4 При проектировании и строительстве грунтовых плотин (в составе гидроузла) должны быть полностью учтены реальные потребности в электроэнергии и водоснабжении данного региона, рельеф местности для размещения объекта, меры по максимальному сохранению земель и лесов, населенных пунктов, памятников природы, истории и культуры, эффективной охране рыбных запасов, своевременной утилизации древесины и плодородного слоя почв при расчистке и затоплении ложа водохранилища, по недопущению отрицательных изменений в окружающей природной среде.

8.5 При проектировании грунтовых плотин не следует применять грунтовые и негрунтовые материалы, а также технологии, способствующие химическому, физическому и биологическому загрязнению окружающей среды.

8.6 При проектировании грунтовых плотин различной высоты и конструкции должно учитываться их различное влияние на окружающую среду.

8.7 Проектирование грунтовых плотин в составе гидроузлов должно осуществляться так, чтобы объединение с природной средой приводило к формированию жизнеспособной природно-технической системы (ПТС), обеспечивающей экологически безопасное взаимодействие природного комплекса и технического объекта.

8.8 Для управления экологическими процессами необходим постоянный контроль состояния всех компонентов природно-технической системы, который должен осуществляться в составе экологического мониторинга.

Примечания

1 Мониторинг должен быть постоянной службой сбора и обработки экологических данных и являться частью производственного процесса, связанного с природопользованием, и по мере накопления данных наблюдений позволять своевременно определять направления развития тенденций экологических систем, изменять протекающие в них процессы в желательном направлении, выявлять управляющие параметры, оперативно реагировать на возможные аварийные ситуации, связанные с природопользованием.

2 Создание управляемых природно-технических систем требует особого подхода к проектированию грунтовых плотин (в составе гидроузлов) при условиях оптимизации параметров и режимов их работы в условиях многоцелевого использования водотока, когда природные комплексы выступают не только в качестве равноправных, но в некоторых случаях, и наиболее приоритетных водопользователей.

9 Основные положения расчета плотин

9.1 При проектировании плотин I и II классов из грунтовых материалов необходимо выполнять следующие основные расчеты в соответствии со следующими пунктами настоящего приложения:

- фильтрационные (9.3, 9.4) и фильтрационной прочности (9.5)

- обратных фильтров, дренажей и переходных слоев (9.6 - 9.9);

- устойчивости откосов, экрана и защитного слоя (9.10 - 9.13);

- напряжений и деформаций (9.14 - 6.15);

- осадок тела плотины и основания (9.16 - 9.17);

- горизонтальных смещений (9.19);

- креплений откосов на прочность от действия волн, льда и др. (9.21.);

Кроме того, дополнительно следует выполнять:

- для неоднородных земляных намывных плотин расчеты фракционирования грунта и устойчивости боковых призм (6.13, 6.14, 6.17), расчеты консолидации и порового давления (9.18);

- для земляных насыпных и каменноземляных плотин, у которых тело, ядро, экран или основание сложены из глинистых грунтов, - расчеты порового давления при их консолидации и проверку трещиностойкости (9.18, 9.22);

- для каменноземляных плотин с ядром, кроме того - проверку устойчивости на сдвиг низовой призмы плотины.

Для плотин III и IV классов достаточно выполнить следующие расчеты:

- фильтрационные и фильтрационной прочности;

- обратных фильтров, дренажей и переходных слоев;

- устойчивости откосов, экрана и защитного слоя;

- осадок тела плотины и основания;

- креплений откосов на прочность от действия волн, льда и др.

Расчеты следует производить для всех характерных поперечных сечений плотин.

9.2 Расчеты плотин во всех случаях следует выполнять для основных и особых сочетаний нагрузок в эксплуатационный период работы плотин и для сочетания нагрузок в период их возведения (строительный период).

Расчеты плотин, возводимых в сейсмических районах, следует выполнять на основе результатов определения сейсмичности района сооружения, соответствующих сейсмических нагрузок, свойств грунтов.

9.3 Фильтрационные расчеты тела плотины, основания и берегов следует выполнять для:

- определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов;

- расчета устойчивости откосов плотины и берегов;

- обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.

При выполнении фильтрационных расчетов следует учитывать кольматаж ложа водохранилища и верхового откоса с учетом развития этого процесса во времени.

9.4 Фильтрационными расчетами (а также исследованиями) надлежит определять следующие параметры фильтрационного потока:

- положение поверхности фильтрационного потока (депрессионной поверхности) в теле плотины и берегах;

- фильтрационный расход воды через тело плотины, основание и берега;

- напоры (или градиенты напора) фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф за подошвой низового откоса, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств (рисунок Б.10).

При неоднородном или анизотропном геологическом строении основания указанные в настоящем пункте параметры фильтрационного потока следует определять с учетом этих особенностей.

9.5 Фильтрационную прочность тела плотины, а также противофильтрационных устройств оценивают на основе соответствующих расчетов и экспериментальных исследований грунтов при действующих в сооружении градиентах напора с учетом напряженно - деформированного состояния сооружения и его основания, особенностей конструкции, методов возведения и условий эксплуатации.

Расчеты фильтрационной прочности следует выполнять исходя из наибольшего напора, действующего на плотину.

При оценке фильтрационной прочности необходимо обеспечение условия:

Jest,mJcr,mn                                                                                                               (Б.7)

где Jest,m - действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

Jcr,m - критический средний градиент напора, принимаемый на основании исследований грунтов в условиях, отвечающих реальным условиям эксплуатации сооружения; в предварительных расчетах и при отсутствии необходимых исследований значения Jcr,m могут быть приняты в соответствии с имеющимися аналогами или по таблице Б.8;

γn - коэффициент надежности по ответственности сооружений.

Таблица Б.8

Грунт

Значение критических средних градиентов напора для:

понура

экрана и ядра

тела и призмы плотины

Глина и глинобетон

15,0

12,0

8,0-2,0

Суглинок

10,0

8,0

4,0-1,5

Супесь

3,0

2,0

2,0-1,0

Песок:

 

 

 

- средний

-

-

1,0

- мелкий

-

-

0,75

Примечания

1 Проверку фильтрационной прочности тела или призмы плотины из грунтовых материалов выполняют для поперечного профиля, назначенного исходя из расчетов устойчивости откосов.

2 В результате проверки фильтрационной прочности уточняют конструкцию плотины, в частности местоположение дренажа.

3 Значения критического среднего градиента принимают в зависимости от физико-механических свойств грунта и способа его укладки, причем большие значения Jcr,m назначают для более плотного грунта.

а - однородная плотина на слоистом основании; б - каменноземляная плотина на скальном основании.

А, Б - сопряжение несвязного и связного грунтов оснований; В - область местного выпора грунта в случае выхода потока на откос,

Je,max - расчетный (максимальный) градиент напора в зоне высачивания потока на уровне воды нижнего бьефа; α - угол наклона низового откоса ядра к горизонту; Jp, Jc, Ju, Ji, Jrun, - градиенты напора соответственно суффозии, контактного размыва, выпора, входа фильтрационного потока в дренаж, пульсаций в обратном фильтре от наката и спада волн.

Рисунок Б.10 - Фильтрационные деформации в земляных и каменноземляных плотинах и их основаниях.

9.6 При проектировании обратных фильтров, дренажей и переходных слоев надлежит:

- устанавливать расчетные параметры (зерновой состав, плотность, коэффициент фильтрации и пр.) грунтов, защищаемых обратными фильтрами, оценивать их суффозионную прочность (суффозионность) и определять расчетные размеры сводообразующих частиц и диаметр пор (da и da,max) защищаемого грунта в зависимости от его состава и условий фильтрационного потока;

- выбирать естественные карьерные грунты или искусственно получаемые (щебеночные, гранулированный шлак и др.), которые могут быть использованы для устройства обратных фильтров;

- подбирать зерновой состав первого слоя обратного фильтра и последующих слоев (если в этом есть необходимость) из выбранных естественных карьерных или искусственных материалов;

- проверять суффозионную прочность и устойчивость грунтов, защищаемых обратным фильтром, и грунтов обратных фильтров;

- устанавливать толщину и число слоев обратных фильтров;

- устанавливать допустимые пределы отступлений в зерновом составе, толщине слоев и плотности грунтов фильтра при укладке в дренажи или переходные слои.

9.7 Для обратных фильтров, дренажей и переходных слоев допускаемый коэффициент разнозернистости фильтровых материалов К60,10 должен удовлетворять условиям:

- если защищаемый грунт несуффозионный сыпучий - К60,10 ≤ (20-25), где меньшее значение К60,10 следует принимать для окатанных частиц песчаных и гравийных грунтов, а большее для щебенистых грунтов фильтра;

- если защищаемый грунт суффозионный сыпучий - К60,10 ≤ 15;

- если защищаемый грунт глинистый, с числом пластичности Ip ≥ 0,07 (допускается при обосновании Ip ≥ 0,05) - К60,10 ≤ 50;

- условие К60,10 ≤ 50 следует принимать как для обратных фильтров дренажей, так и для переходных слоев плотин;

- при толщине переходного слоя плотин более 3 м величина К60,10 может быть принята более 50 (при соответствующем обосновании);

- для фильтров, устраиваемых из пористого бетона - К60,10 ≤ 12;

- для фильтров, выполняемых отсыпкой материалов в воду - К60,10 ≤ 10.

Во всех вышеуказанных выражениях:

К60,10 = d60/d10,                                                                                                             (Б.8)

где d60, d10 - размеры фракций грунта, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет соответственно 60 и 10 % массы всего грунта.

Для фильтров, выполняемых из материала с К60,10 ≤ 10, толщину слоев назначают согласно указаниям п. 5.72 настоящего приложения, а для фильтров, выполняемых из материалов К60,10 > 10, толщину слоев необходимо назначать по результатам опытных отсыпок с учетом сегрегации фильтровых материалов, возникающей при транспортировании, отсыпке и разравнивании слоев фильтра.

9.8 Отказ от устройства обратных фильтров или переходных слоев для противофильтрационных призм, укладываемых по насыпи крупнообломочных грунтов, допускается при наличии соответствующего обоснования.

9.9 Вместо грунтовых обратных фильтров допускается предусматривать при соответствующем обосновании обратные фильтры из пористого бетона и других пористых и полимерных материалов.

9.10 Расчеты устойчивости откосов грунтовых плотин всех классов следует выполнять для круглоцилиндрических поверхностей сдвига. При наличии в основании или теле сооружения ослабленных зон, прослоек грунта с более низкими прочностными свойствами, при оценке устойчивости экрана или защитного слоя и т.д. следует также выполнять расчеты для плоских (ломаных) поверхностей сдвига.

При расчетах следует использовать методы, удовлетворяющие условиям равновесия призмы обрушения и ее элементов в предельном состоянии и учитывающие напряженное состояние сооружения и его основания. Применительно к конкретным геологическим условиям и конструкции плотины могут быть использованы при соответствующем обосновании проверенные практикой упрощенные методы расчета (способы ВНИИГ - Терцаги, наклонных сил и др.). При однородных характеристиках грунта и отсутствии фильтрационных сил можно пользоваться методами, предполагающими монолитную призму обрушения. В тех же условиях при плоской поверхности откоса из несвязного грунта на скальном основании достаточно оценивать устойчивость малого объема (частицы) грунта на его поверхности сопоставлением коэффициента внутреннего трения материала с крутизной откоса. При расчетах плотин в узких каньонах, на участках с более низкими прочностными характеристиками рекомендуется оценивать устойчивость откосов с учетом пространственной работы плотины.

При расчетах устойчивости откосов грунтовых плотин всех классов, возводимых в северной строительно-климатической зоне, используя методы, удовлетворяющие условиям равновесия призмы обрушения и ее элементов в предельном состоянии, следует учитывать как напряженное, так и температурное состояние грунтов плотины и ее основания.

9.11 Устойчивость откоса плотины должна быть проверена по возможным поверхностям сдвига с нахождением наиболее опасной призмы обрушения, характеризуемой минимальным отношением обобщенных предельных реактивных сил сопротивления к активным сдвигающим силам.

Критерием устойчивости откосов плотины является соблюдение (для наиболее опасной призмы обрушения) неравенства:

γlc Fl) ≤ (γcn)(Rg),                                                                                                 (Б .9)

где F - расчетное значение обобщенного силового воздействия, определяемое с учетом коэффициента надежности по нагрузке γg (в зависимости от метода расчета устойчивости откосов F - равнодействующая сил или моментов этих сил относительно оси поверхности сдвига);

R - расчетное значение обобщенной несущей способности системы сооружение -основание, определяемое с учетом коэффициента безопасности по грунту γg, т.е. обобщенное расчетное значение сил предельного сопротивления сдвигу по рассматриваемой поверхности;

γc, γn, γlc - коэффициенты надежности по нагрузке, ответственности сооружения, сочетания нагрузок;

γg - коэффициент надежности по грунту;

γc - коэффициент условий работы.

При поиске опасной поверхности сдвига может быть использована зависимость для коэффициента устойчивости Кs:

Кs = R/F ≥ (γnγlc) γc.                                                                                                     (Б.10)

Полученные расчетом значения коэффициента устойчивости при соответствующем сочетании нагрузок не должны превышать величины (γnγlc)/γc более чем на 10%, если это не обусловлено особенностями сооружения.

Числовые значения коэффициентов γn и γlc приведены в таблицах Б.9, Б.10.

Таблица Б.9

Класс сооружения

I

II

III

IV

Значение γn

1,25

1,20

1,15

1,10

Таблица Б.10

Сочетание нагрузок

основное

особое

строительного периода

Значение γlc

1,00

0,90

0,95

Величина коэффициента γc принимается в зависимости от используемого способа расчета равной 0,95÷1,00.

Для плотин IV класса при особом сочетании нагрузок Кs ≥ 1,0 независимо от величины γc.

9.12 При расчетах устойчивости откосов плотин необходимо рассматривать следующие случаи.

Для низового откоса:

- первый расчетный случай (основной): в верхнем бьефе - нормальный подпорный уровень НПУ, в теле плотины - установившаяся фильтрация; при наличии воды в нижнем бьефе глубину ее принимают максимально возможной при НПУ, но не более (0,2÷0,3)hi, где hi - высота откоса;

- второй расчетный случай (основной) при открытых водосбросах (без затворов): подпорный уровень и уровень нижнего бьефа определяют максимальным расходом, относимым к основным сочетаниям нагрузок и воздействий;

- третий расчетный случай (особый): в верхнем бьефе - подпорный уровень воды (ФПУ), в нижнем бьефе глубину воды принимают максимальной, соответствующей ФПУ.

Для верхового откоса:

- первый расчетный случай (основной): максимальное возможное снижение уровня воды в водохранилище от НПУ или от подпорного уровня, соответствующего пропуску максимального расхода, относимого к основным сочетаниям воздействий, с наибольшей возможной скоростью, при этом учитывают фильтрационные силы неустановившейся фильтрации;

- второй расчетный случай (строительного периода): уровень воды в верхнем бьефе находится на отметке, отвечающей заполнению (0,2÷0,3)hj, где hj - высота откоса; поверхность депрессии в теле плотины принимают соответствующей принятому уровню заполнения;

- третий расчетный случай (особый): максимально возможное снижение уровня воды в водохранилище от ФПУ с наибольшей возможной скоростью, при этом учитывают фильтрационные силы неустановившийся фильтрации.

Примечания

1 Для земляных плотин с волногасящими откосами следует производить расчет устойчивости с учетом волнового воздействия.

2 При расчете устойчивости откосов земляных намывных плотин необходимо учитывать фильтрацию из прудка при проектируемом его положении в период намыва плотины и насыщение водой грунтов откосов (расчетный случай строительного периода).

3 При расчете устойчивости откосов плотин в сейсмических районах сейсмические воздействия учитывают согласно выполненным исследованиям.

4 Устойчивость верхового откоса плотины в условиях сейсмического воздействия следует проверять как для случая быстрого снижения уровня воды в водохранилище от НПУ до наиболее низкого эксплуатационного уровня, так и для случая продолжительного стояния НПУ (или ПУ, соответствующего пропуску расхода, относимого к основным воздействиям).

5 Если консолидация связных грунтов плотины и ее основания не завершается к моменту окончания строительства, в расчетах устойчивости откосов следует учитывать поровое давление как для строительного, так и для эксплуатационного периода.

6 Для плотин с грунтовым экраном следует рассчитывать устойчивость экрана на откосе плотины и устойчивость крепления на экране. Для участков поверхности сдвига на контакте экрана и плотины или крепления и экрана прочностные характеристики принимают для менее прочного грунта.

7 Расчет устойчивости боковых призм земляных намывных плотин с ядром из глинистого грунта надлежит выполнять с учетом порового давления в период консолидации ядра (расчетный случай строительного периода).

8 Местная устойчивость откосов между бермами должна обеспечиваться с учетом всех действующих нагрузок (по основному, строительному, особому сочетанию нагрузок).

9 Устойчивость откосов каменно-насыпных плотин с железобетонным экраном определяется только по результатам расчетов напряженно-деформированного состояния плотины с использованием прочностных и деформационных характеристик грунтов в теле плотины, полученных на основании трехосных испытаний.

10 Участки плотины между бермами в тех случаях, когда нарушение их устойчивости не приводит к потере общей устойчивости сооружения, допускается рассчитывать по II группе предельных состояний.

9.13 При расчете устойчивости откосов плотин прочностные характеристики грунтов тела плотин I и II классов следует принимать переменными в зависимости от напряженного и температурного состояния грунта в зоне прохождения поверхности сдвига, а для плотин III и IV классов - постоянными.

9.14 Напряженно-деформированное и температурное состояние тела плотины из грунтовых материалов и ее основания следует учитывать в расчетах устойчивости откосов плотины, фильтрационной прочности на контакте водоупорных элементов с основанием, проверки трещиностойкости водоупорных элементов, прочности негрунтовых противофильтрационных устройств, анализа поведения плотины при проведении натурных исследований, а также для подбора материалов плотины.

9.15 В расчетах напряженно-деформированного состояния плотин I и II классов следует, как правило, применять нелинейные модели, учитывающие пластические деформации грунта в предельном состоянии, при условии определения параметров деформирования испытанием образцов грунта в одометрах и стабилометрах. При этом размеры образцов должны отвечать зерновому составу грунта тела плотины и основания. Для крупнозернистого грунта допускается использовать модельный грунт. В расчетах необходимо учитывать поэтапность возведения плотины, скорость заполнения водохранилища, а для плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, последовательность промораживания и оттаивания тела и основания плотины.

Для плотин III и IV классов допускается производить расчеты по модели линейно-деформированного тела.

9.16 Расчет осадок тела и основания плотины следует выполнять при выборе конструкции и технологии производства работ, а также для определения требуемого строительного подъема плотины и уточнения объема работ по сооружению плотины.

Для намывных плотин строительный подъем определяют согласно требованиям настоящего пункта и 9.17, 9.18 настоящего раздела.

Расчет осадок плотины следует производить в каждом характерном ее поперечном сечении по нескольким вертикалям, проходящим в элементах плотины из различных материалов (ядре, экране, призме и т.д.).

9.17 Для плотин I и II классов расчет осадок и их изменения во времени следует производить на основании результатов экспериментальных исследований сжимаемости грунтов с учетом напряженно-деформированного состояния плотин. Поровое давление, ползучесть грунта, его просадочность и набухание при повышении влажности в период эксплуатации необходимо учитывать в зависимости от их наличия.

Напряженно-деформированное состояние плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, следует определять с учетом температурного режима грунтов плотины и ее основания.

Для плотин III и IV классов допускается производить расчет осадок по приближенным зависимостям с использованием значений модулей деформаций по аналогам.

9.18 Поровое давление следует учитывать при проектировании и строительстве грунтовых плотин, имеющих в основании толщу илов или слабого водонасыщенного глинистого грунта. В этих случаях поровое давление должно учитываться при расчетах устойчивости откосов и деформации плотин в строительный период и начальный период эксплуатации, а также при размещении КИА (в обязательном порядке и во всех случаях). В остальных грунтовых плотинах в расчетах для случаев, когда максимальное значение коэффициента порового давления ru,max, определяемое отношением порового давления u к максимальному значению приложенного напряжения а, превышает нормативное значение коэффициента порового давления run = 0,1.

Величину ru,max следует определять по формуле:

ru,max = rис rио,                                                                                                               (Б.11)

где rис - коэффициент порового давления, определяемый по схеме закрытой системы (без оттока воды из грунта);

rио - коэффициент порового давления, определяемый по схеме открытой системы (с оттоком воды из грунта).

9.19 Горизонтальные смещения плотин определяют путем расчета напряженно- деформированного состояния с учетом изменения сжимаемости грунтов при повышении их влажности, а в северной строительно-климатической зоне - при изменении их температурно-влажностного состояния.

Для плотин II-IV классов допускается оценивать горизонтальные смещения с использованием аналогов (данных о плотинах, построенных в подобных условиях и имеющих тот же тип конструкции). Для предварительных оценок горизонтальных смещений гребня плотины следует принимать их равными осадке гребня после наполнения водохранилища.

9.20 При проектировании плотин с экраном или ядром (диафрагмой) необходимо учитывать деформации береговых склонов.

В плотинах с негрунтовыми экранами и диафрагмами надлежит рассчитывать продольные и поперечные смещения экранов и диафрагм. Напряженно-деформированное состояние диафрагмы (экрана) следует рассчитывать с учетом трения грунта по поверхности диафрагмы (экрана), схем опирания устройства на основание и схем разрезки деформационными швами.

9.21 Плиты крепления откосов плотин следует проверять на прочность от воздействия давления волн и льда.

9.22 Трещиностойкость земляных плотин и водоупорных элементов каменноземляных плотин следует определять путем расчета их напряженно-деформированного состояния. При этом следует учитывать поровое давление, а для плотин I и II классов - изменение сжимаемости и ползучести в соответствии со свойствами грунтов, слагающих тело плотины и основания.

10 Обоснование необходимости ремонта (реконструкции) плотин. Виды ремонтных работ

10.1 Состояние грунтового сооружения в период эксплуатации оценивается контролирующими показателями:

- контролирующие показатели - назначенные проектом показатели состояния (измеряемые и рассчитываемые), которые для работающего сооружения должны периодически определяться и сравниваться с предельно допустимыми и критическими их значениями (данными в проекте и уточненными в период эксплуатации);

- предельно допустимые показатели (ПДЗ) - показатели состояния сооружения, при которых выполняются требования нормативных документов (СНиП), т.е. такие показатели, при которых обеспечивается нормативная надежность сооружения;

- критические значения (КЗ) - показатели состояния сооружения, при которых не обеспечивается его нормативная надежность.

10.2 Плотина считается работоспособной и исправной при выполнении следующих условий:

- значения контролирующих показателей состояния соответствуют предельно допустимым, установленным для работоспособного исправного состояния сооружения;

- визуальными наблюдениями не обнаружено потенциально опасных повреждений и неблагоприятных процессов (приложение В).

При исправном работоспособном состоянии плотины проводятся контрольные наблюдения и текущий ремонт.

10.3 Плотина считается работоспособной, но неисправной в тех случаях, когда:

- визуальными наблюдениями обнаружены повреждения;

- количественный показатель (показатели) состояния не соответствует предельно допустимым значениям (ПДЗ), установленным для работоспособного исправного состояния.

При работоспособном неисправном состоянии сооружение продолжает выполнять заданные функции. Проводятся дополнительные исследования с целью выяснения причин неисправности и способу их устранения. Устранение повреждений может быть выполнено при нормальной эксплуатации сооружения.

10.4 Состояние плотины считается неработоспособным в случаях, когда:

- визуальными наблюдениями обнаружены повреждения;

- один (или несколько) измеренных контролирующих показателей находится в диапазоне между предельно допустимым значением, соответствующим работоспособному, но неисправному состоянию и критическим значением показателя состояния.

На плотину, находящуюся в неработоспособном состоянии, снижаются нагрузки, наблюдения проводятся по специально разработанной программе, выполняются исследования с целью прогноза ее состояния и решения вопросов ремонта или усиления.

10.5 Состояние плотины оценивается как аварийное (предельное) в тех случаях, когда:

- визуальными наблюдениями обнаружены нарушения или процессы, развитие которых может привести к разрушению (т.е. аварии) плотины;

- один или несколько показателей состояния сооружения достигли критических значений (КЗ).

Аварийное (предельное) состояние плотины обязывает эксплуатационный персонал срочно выполнять работы в соответствии с планом противоаварийных мероприятий и обеспечить безопасность плотины путем ограничений режима ее эксплуатации. После устранения угрозы аварии выполняются исследования по выявлению причин, приведших к аварии, разрабатывается комплекс мероприятий по восстановлению эксплуатационных функций плотины в прежнем или новом режиме. На период выполнения ремонтных мероприятий могут быть установлены дополнительные ПДЗ показателей состояния. В отдельных случаях рассматриваются условия консервации сооружения.

10.6 Различают следующие виды ремонтов плотин из грунтовых материалов:

- текущие;

- капитальные;

- предотвращающие аварии;

- послеаварийные;

- ремонты при реконструкции сооружений.

10.7 К текущим ремонтам относится выполнение следующих ремонтных работ:

- заделка промоин и других поверхностных деформаций на гребне и откосах плотины;

- ремонт креплений верхового и низового откосов при их незначительных повреждениях;

- заделка трещин на гребне и откосах плотины, при которых не требуется снижение бьефа в водохранилище;

- восстановление оползшего откоса (если его оползание не повлекло разрушение плотины);

- расчистка дренажных канав;

- доведение гребня плотины до проектной отметки при осадках и др.

Необходимость такого рода ремонтных работ, обычно, устанавливается визуальными и инструментальными наблюдениями, не требует специальных обоснований, применения больших технических средств.

10.8 К капитальным ремонтам относятся следующие виды работ:

- замена бетонного крепления верхового откоса при сниженном уровне воды верхнего бьефа;

- заделка глубоких трещин на гребне плотины путем прохода траншей и заполнения их уплотняемым грунтом при сниженном уровне воды верхнего бьефа;

- замена заиленного дренажа при сниженном уровне верхнего бьефа и др.

Необходимость такого ремонта обосновывается на основе анализа результатов визуальных наблюдений, показаний КИА, выполненных дополнительных исследований (геофизическими, и другими методами), соответствующими расчетами.

Эти работы требуют применения специальных технических средств.

10.9 Необходимость предотвращающего аварию ремонта возникает, если визуальными наблюдениями и показаниями КИА обнаружены следующие нарушения в работе плотины из грунтовых материалов:

- подъем поверхности депрессии с выходом на откос;

- выходы сосредоточенного фильтрационного потока, грифоны;

- вынос частиц грунта;

- повышение поверхности депрессии (выше принятых предельных значений);

- увеличение фильтрационного расхода (выше принятых предельных значений);

- мутность профильтровавшейся воды;

- продольные и поперечные трещины на гребне плотины с прогрессирующим их удлинением и раскрытием (трещины откола);

- оползание откоса (верхового или низового), грозящее разрушением плотины;

- осадка гребня (выше предельных значений);

- воронки на гребне или откосах и др.

При обнаружении указанных нарушений необходимо усилить контроль за сооружением, установить причину нарушений, наметить план первоочередных мероприятий. Одним из первоочередных мероприятий является снижение напора на сооружение при постоянном контроле его состояния.

В зависимости от причины нарушения, которая в ряде случаев устанавливается только в результате выполнения научно-исследовательских, а иногда и инженерно-геологических работ, разрабатывается план (проект) ремонтных работ.

Ремонтные работы могут выполняться двух видов - первоочередные и основные.

Первоочередные работы замедляют или приостанавливают разрушительные процессы в плотине.

Основные работы выполняются после окончательного установления причины нарушения, выполнения соответствующих расчетов, обоснований, проекта ремонта. Такие работы выполняются с привлечением специальных технических средств и не планируемых материальных затрат.

10.10 Аварии на плотинах из грунтовых материалов приводят к разрушению напорного фронта в результате: перелива через гребень, нарушения фильтрационной прочности в теле, основании, сопряжениях с бетонными сооружениями и берегами, обрушения откосов и др.

Восстановительные работы выполняются на основе:

- анализа условий эксплуатации сооружения;

- установления причин аварии;

- исполнительной съемки в месте аварии;

- инженерно-геологических и научно-исследовательских работ;

- проектных работ по восстановлению;

- оценки целесообразности проведения восстановительных работ или консервации сооружения.

В приложении Б.15 приводятся основные виды нарушений (отказов) грунтовых плотин, способы их обнаружения, возможные причины и способы ремонта.

10.11 При реконструкции плотин из грунтовых материалов, как правило, увеличивается их высота и соответственно напор на сооружение. Изменяя в целом конструкцию плотины, можно сохранить некоторые ее элементы, выполнив их ремонт. К таким элементам следует отнести дренажи, крепления откосов, негрунтовые ПФУ, если в них не обнаружены нарушения. Ремонт указанных элементов плотин осуществляют при выполнении их надежного сопряжения с возводимой частью плотины и с учетом условий работы всего реконструируемого сооружения.

Приложение Б.1
(справочное)

Термины и определения, применяемые при строительстве грунтовых плотин

(в дополнение к разделу 3 Стандарта)

1 створ плотины: Линия между двумя установленными знаками на противоположных берегах реки, обозначающая место строительства плотины.

2 высота плотины: Вертикальный размер профиля плотины h, измеряемый от подошвы наиболее глубоко заложенной ее части (грунтового экрана, ядра и т.п.) до гребня (рисунок Б.1.1).

Размеры бетонного зуба, шпоры, шпунта, завесы, парапета, а также строительный подъем гребня в понятие высоты плотины не входят.

3 ширина плотины понизу: Горизонтальный размер профиля плотины b, измеряемый между крайними нижними точками верхового и низового откосов, включая перемычки, если они входят в тело плотины.

Размеры понура, разбираемой части низовой перемычки и т.п. в понятие ширины плотины не входят.

4 длина плотины: Горизонтальный размер плотины L - измеряемый между крайними точками гребня вдоль ее оси (которая может быть непрямой).

Размеры завесы, парапета, устоев, сопрягающих грунтовую плотину с бетонными сооружениями, в понятие ее длины не входят.

5 крутизна откосов плотины: Отношение высоты откосов hi профиля плотины от крайней нижней точки до гребня к их заложению bi (горизонтальной проекции).

Крутизна обычно выражается через величину, обратную m (пологость, коэффициент откоса):

hi/bi = 1/m.                                                                                                                   (Б.1.1)

6 ось плотины: Линия, условно проведенная вдоль плотины, как правило, по середине гребня.

7 профиль плотины условно может быть разделен на три части (рисунок Б.1.2).

7.1 нижняя (цокольная) часть плотины (высота hн): Сопряжение плотины с основанием.

В этой части расположены сопрягающие с основанием устройства (понур, железобетонные плиты, цементационные, дренажные галереи).

7.2 средняя часть плотины (высота hc): Основная часть плотины.

7.3 верхняя (гребневая) часть плотины (высота hв): Часть плотины выше НПУ и до гребня плотины.

а - поперечный профиль плотины; б - продольный профиль плотины

1 - естественная поверхность основания; 2 - проектный контур основания; 3 - контур цементации

Рисунок Б.1.1 - Плотины из грунтовых материалов

Термины и определения, применяемые при гидротехническом строительстве в северной строительно-климатической зоне

8 принцип строительства I: Вечномерзлые грунты основания плотины сохраняются в мерзлом состоянии при ее строительстве и эксплуатации, а талые грунты противофильтрационного устройства плотины и его основания замораживаются до начала заполнения водохранилища и сохраняются в мерзлом состоянии при эксплуатации.

9 принцип строительства II: Допускается оттаивание многолетнемерзлых грунтов основания в ходе строительства и эксплуатации плотины или искусственное их оттаивание на заданную глубину до начала заполнения водохранилища.

10 мерзлая плотина: Плотина, водонепроницаемость которой обеспечивается мерзлым состоянием грунтов противофильтрационного устройства и его основания.

11 талая плотина: Плотина, грунты тела и основания которой имеют положительную температуру или находятся частично в мерзлом состоянии и позволяют существовать фильтрационному потоку в теле и основании или только в основании плотины.

12 таломерзлая плотина: Плотина, у которой отдельные по напорному фронту участки возводятся по разным принципам строительства. Сопряжения между талыми и мерзлыми участками плотины осуществляются за счет использования охлаждающих устройств.

13 талик: Участок горной породы с положительной температурой, расположенный в массиве многолетнемерзлых пород.

13.1 талик сквозной: талик, прорезающий всю толщину многолетнемерзлых грунтов в основании и сопрягающийся с подмерзлотными талыми породами.

14 мерзлотная завеса: Льдогрунтовая стенка, создаваемая в массиве талого грунта с помощью охлаждающих устройств, обладающая водонепроницаемостью и способностью выдерживать механические нагрузки.

14.1 висячая мерзлотная завеса: Завеса, нижняя часть которой не сопрягается с кровлей многолетнемерзлых грунтов.

14.2 глухая мерзлотная завеса: Завеса, которая сопрягается с толщей многолетнемерзлых грунтов основания.

15 замораживающие системы: комплексы, состоящие из отдельных или объединенных в группы охлаждающих устройств, установленных в теле и (или) основании плотины, для замораживания и охлаждения грунта.

16 сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ): теплообменные устройства различного типа, применяющиеся для охлаждения и замораживания грунта за счет естественных температур воздуха зимой или охлаждаемого агента (воздуха или жидкости) летом.

h - высота плотины; hн - цокольная часть плотины; hc - средняя часть плотины; hв - верхняя часть плотины.

Рисунок Б.1.2 - Основные фрагменты плотины.

Приложение Б.2
(рекомендуемое)

Графики сравнительной экономической оценки отдельных видов грунтовых плотин

Значительная роль в поиске оптимальных решений для грунтовых плотин принадлежит эффективному использованию местных грунтовых материалов, в том числе и некондиционных, а именно: слабопрочных, переувлажненных, требующих обогащения.

На рисунке Б.2.1 представлены кривые, позволяющие сделать сравнительную оценку (по объемам) разных типов грунтовых плотин, построенных в различных странах. Кривые построены на основе таких показателей как объем плотины, ее максимальная высота и длина по гребню. Данные получены из 19-ти Национальных Комитетов стран - участниц Международной Комиссии по большим плотинам, по ста каменноземляным и каменно-набросным плотинам, построенным за последние 30 лет.

Анализ этих данных показал, что в основном плотины из грунтовых материалов возводятся высотой не более 250 м при объемах не более 30 млн. м3. Наряду со строительством земляных и каменноземляных плотин с грунтовыми противофильтрационными устройствами (ядрами, экранами), все более широкое распространение во многих странах получили каменно-набросные плотины с экранами и диафрагмами из асфальтобетона и железобетона, металла и полимерных материалов. Последние характеризуются высокой экономичностью (по объему).

Широкое строительство каменно-набросных плотин стало возможным прежде всего благодаря созданию высокомеханизированных комплексов по возведению негрунтовых противофильтрационных устройств, а также использованию мощных виброкатков для качественного уплотнения упорных призм до плотности грунта, при которой деформации тела плотины не могут привести к нарушению надежной работы противофильтрационных элементов. Применение виброкатков обеспечивает получение высокой плотности материала упорных призм и высоких значений прочностных характеристик грунтов, вследствие чего объем плотин может быть уменьшен на 15-25% в зависимости от их конструкции.

Для большинства каменно-набросных плотин с негрунтовыми противофильтрационными устройствами их верховые и низовые откосы близки к углу естественного откоса материала призмы и изменяются от 1:1,3 до 1:1,5 (при строительстве плотин на скальных основаниях).

Существенное снижение деформаций материала упорных призм позволяет создать простые конструкции негрунтовых противофильтрационных элементов без сложных вертикальных и горизонтальных деформационных швов.

Кривые 1 - 3, 5 (рисунок Б.2.1), характеризующие зависимость Сo = f(L/H), показывают, что наименее экономичными (по объему) каменноземляными плотинами являются плотины, построенные в СССР (кривая 1) и в Индии (кривая 2). Более экономичными каменноземляными плотинами являются плотины, построенные в Норвегии (кривая 5), что и не удивительно, если учесть, что большинство из них располагается на скальных основаниях и имеют верховые откосы в пределах 1:1,4 - 1:1,35 при высоте плотин, достигающей 120 - 140 м.

Однако наиболее экономичные (по объему) плотины - это каменно-набросные, с асфальтобетонными (кривая 4) и железобетонными экранами (кривая 6).

В таблице Б.2.1 приведены примеры средней интенсивности возведения высоких каменноземляных плотин с грунтовыми ядрами. Уплотнение грунтов в настоящее время выполняется преимущественно виброкатками массой 8 - 25 т.

Коэффициент С0 (приведенная ширина, м), получен из формулы:

V = C0·H·L;

где L - длина плотины по гребню, м;

H - высота плотины максимальная, м;

V - объем плотины, м3

Рисунок Б.2.1 - Кривые сравнительной экономичности (по объему) отдельных видов грунтовых плотин, построенных в различных странах (составлены на основе проектных данных по объему, высоте и длине плотины).

Таблица Б.2.1

№ п/п

Страна

Название плотины

Высота плотины, м

Число лет строитель­ства плотины

Средняя интенсив­ность отсыпки плотины в год, млн. м3

Метод уплотнения

1

Пакистан

Мангла

138,0

6

10,590

Пневмокаток: 5-6 проходов

2

Канада

Ла Гранд-2

128,0

3

6,450

Виброкаток 10 т: 4 прохода

3

Канада

Ла Гранд-4

168,0

5

4,640

Виброкаток 10 т: 4 прохода

4

Индия

Биас

115,0

14

3,870

Виброкаток: 4 прохода

Трактор 24: 6 проходов

5

Колумбия

Бата

237,0

4

2,900

Пневмокаток: 5-6 проходов

6

СССР

Чарвакская

168,0

8

2,360

Пневмокаток Д-326: 6 проходов

7

СССР

Нурекская

300,0

26

2,250

Виброкаток А-8, А-12 и ПВК-70; груженый автосамосвал

8

СССР

Колымская

130,0

7

2,18

Груженый автосамосвал

Приложение Б.3
(рекомендуемое)

Условия необходимости учета порового давления

1 Поровое давление необходимо учитывать при проектировании и строительстве грунтовых плотин, имеющих в основании толщу илов или слабого водонасыщенного глинистого грунта. В этих случаях поровое давление должно учитываться при расчетах устойчивости откосов и деформации плотин в строительный период и начальный период эксплуатации, а также при размещении КИА (в обязательном порядке и во всех случаях). В остальных грунтовых плотинах при расчетах деформаций основания и тела плотины из грунтовых материалов, а также при определении устойчивости плотины, если коэффициент порового давления ru,max к концу ее возведения превышает величину run в какой-либо части тела плотины и ее основания.

Указанные условия определяются критерием:

ru,max = rис·rио.                                                                                                               (Б.3.1)

2 Величину rис определяют по графику на рисунке Б.3.1 в зависимости от напряжения σ, равного давлению вышележащего грунта на горизонтальную площадку, и параметра П.

Параметр П определяют по графику на рисунке Б.3.2 для начального значения степени влажности грунта Sr,in и отношения amax/ein, где ein - начальное значение коэффициента пористости; amax - максимальное значение коэффициента уплотнения, найденного по компрессионной зависимости.

3 Величину ru определяют по графику на рисунке Б.3.3 в зависимости от коэффициента степени консолидации С0v, равного:

                                                                                                             (Б.3.2)

где Cv,min - наименьшее значение коэффициента консолидации;

t - время роста нагрузки σ до наибольшего значения σmax (рисунок Б.3.4 а, б);

d = h (рисунок Б.3.4 a); d = h/2 (рисунок Б.3.4 б);

t - время возведения плотины (рисунок Б.3.4 в, г);

d = hm1 (рисунок Б.3.4 в);

d = bum/2 (рисунок Б.3.4 г).

4 При оценке величины ru,max рекомендуется вначале определить rис. Если rисrun, то поровое давление можно не учитывать.

В тех случаях, когда rис > run, необходимо определить величину rио, а затем ru,max = rис r

Величину Cv,min рекомендуется определять экспериментально.

В случае неоднородного грунта следует принимать для расчета характеристики грунта с наибольшими величинами Sr,in и a.

Рисунок Б.3.1 - Номограмма для определения порового давления ruс.

Рисунок Б.3.2 - Номограмма для определения параметра П.

Рисунок Б.3.3 - График зависимости коэффициента порового давления rи0 от С0v.

а - слой на водоупоре; б - слой на дренаже; в - однородная плотина; г - ядро каменноземляной плотины

Рисунок Б.3.4 - Различные случаи определения коэффициента порового давления rи0.

Приложение Б.4
(обязательное)

Контроль состояния сооружений и оснований в период строительства и эксплуатации

1. В проектах плотин I-III классов необходимо предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения наблюдений за работой и состоянием сооружений и их оснований как в процессе строительства, так и в период эксплуатации, используя результаты этих наблюдений для оценки надежности объекта, своевременного выявления дефектов, назначения ремонтных мероприятий, предотвращения аварий и улучшения условий эксплуатации. Натурные наблюдения могут быть контрольными и специальными.

2. Контрольные натурные наблюдения следует проводить в целях изучения основных параметров работы плотины и основания, комплексного анализа их состояния и оценки эксплуатационной надежности. Состав и объем контрольных наблюдений следует назначать в зависимости от класса плотины, ее конструктивных особенностей, климатических, инженерно-геологических, в том числе геокриологических, гидрогеологических, сейсмических условий, а также условий возведения и требований эксплуатации и экологической безопасности.

При наблюдениях, как правило, следует определять:

- отметки уровней воды верхнего и нижнего бьефов;

- положение депрессионной поверхности в теле плотины и берегах;

- эффективность работы дренажа и противофильтрационных устройств;

- расходы воды, фильтрующейся через плотину и ее основание, а также в берегах и местах примыкания плотины к бетонным сооружениям;

- мутность, температуру, а при необходимости - и химический состав профильтровавшейся воды и воды в водохранилище вблизи плотины по всей его глубине;

- поровое давление в глинистых элементах тела плотины и основания;

- осадку тела плотины, основания и береговых примыканий;

- горизонтальные смещения гребня, берм и противофильтрационных устройств;

- напряжения и деформации в теле плотины, противофильтрационных устройствах, а также в основании;

- сейсмические колебания;

- ледовые воздействия.

В состав контрольных наблюдений следует включать систематические визуальные наблюдения за состоянием креплений и местными деформациями откосов и гребня плотины, водосбросных кюветов, появлением выходов профильтровавшейся воды, размывами откосов и берегов, появлением наледей, заилением и зарастанием дренажных траншей.

В северной строительно-климатической зоне, помимо указанного состава наблюдений, следует измерять температуру воды в верхнем бьефе, включая температуру придонного слоя воды в водохранилище, температуру грунтов тела и основания плотины, а также проводить наблюдения за работой и состоянием СОУ.

3 Для плотины IV класса и их оснований следует предусматривать комплексные визуальные наблюдения. Инструментальные наблюдения следует, как правило, ограничивать наблюдениями за смещениями, осадкой, положением депрессионной поверхности и фильтрационными расходами. При соответствующем обосновании допускается не проводить инструментальных наблюдений.

4. Специальные натурные наблюдения проводят в целях получения данных для уточнения методов и результатов расчета и модельных исследований, обоснования конструктивных решений, методов производства работ и улучшения условий эксплуатации плотин.

5. Проект натурных наблюдений должен включать:

- программу наблюдений с изложением цели, задач, состава, объема, методики с указанием сроков, номенклатуры и технических характеристик КИА;

- общие схемы и рабочие чертежи размещения и монтажа КИА в плотине, основании, береговых примыканиях и отдельных элементах, прокладки и коммуникации кабельных линий и устройства измерительных пультов;

- рабочие чертежи закладных деталей и монтажных приспособлений для установки КИА;

- спецификации устанавливаемой КИА, вторичных приборов, вспомогательного оборудования, кабелей;

- инструкцию по установке КИА, прокладке кабельных линий и оборудованию пультов;

- смету на приборы, вспомогательное оборудование, кабельную продукцию, проведение наблюдений, обработку и анализ результатов.

Номенклатуру, число приборов и их местоположение в теле плотины, основании, береговых примыканиях и отдельных элементах сооружения назначают исходя из задач состава и объема наблюдений и исследований. При этом следует стремиться к автоматизации всех наблюдений.

6. В проект должны быть включены требования по периодичности проведения, обработке и систематизации натурных наблюдений за работой и состоянием сооружения и его основания, как в период строительства, так и в период эксплуатации.

7. При расчетах плотин всех классов должны устанавливаться критериальные значения параметров состояния плотин и их оснований, контролируемые натурными наблюдениями. Значения критериальных параметров включают в проект.

8. Критериальные значения параметров состояния плотины принимаются равными расчетным значениям для основного и особого сочетания нагрузок и могут уточняться в процессе строительства и эксплуатации.

9. Данные, полученные в период строительства, могут служить основанием для внесения соответствующих изменений в проект.

Приложение Б.5
(рекомендуемое)

Теплофизические характеристики грунта

1. Теплофизические характеристики грунта (теплопроводность λ и объемная теплоемкость С) определяют опытным путем в соответствии с ГОСТ 26263-84 «Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов».

2. При расчетах температурного состояния сооружений II - IV классов и их оснований, а также при выполнении предварительных теплотехнических расчетов расчетные значения теплофизических характеристик талых и мерзлых песков, супесей, суглинков, глин, заторфованных грунтов и торфа допускается принимать по аналогам.

3. Для супесчано-суглинистых грунтов, укладываемых в противофильтрационные устройства плотин, рекомендуется принимать расчетные значения теплофизических характеристик по аналогам по плотности и влажности, а для больших значений плотности уложенного грунта и оптимальных влажностей - по таблице Б.5.1.

4. Расчетные значения теплофизических характеристик дресвяно-щебенистых грунтов с супесчано-суглинистым заполнителем, грунтовых смесей с содержанием крупных фракций (диаметром более 2 мм) Рк = (0,1-1,0) д.е. (в долях единицы) и супесчано-суглинистых грунтов с содержанием крупнообломочных включений Рк > 0,1 д.е. по массе допускается принимать по таблице Б.5.2.

5. Для засоленных хлоридами Na и Са искусственных грунтов и грунтовых смесей, используемых для укладки в тело плотины, теплофизические характеристики рекомендуется определять по таблице Б.5.3.

Таблица Б.5.1

Грунты

талые

мерзлые

Плотность сухого грунта

ρd,th,

т/м3

Суммар­ная влаж­ность

wtot,

д.е.

Теплопрово­дность

λth,

Теплоемкость

Cth,

Плотность сухого грунта

ρd,tf,

т/м3

Суммар­ная влаж­ность

wtot,

д.е.

Теплопрово­дность,

λf,

Теплоемкость

Cf,

-

-

-

-

1,7

0,03

0,56 (0,51)

1,35 (320)

1,8

0,02

0,47 (0,41)

1,40 (330)

-

-

-

-

2,2

0,03

1,13 (0,98)

2,30 (550)

2,2

0,03

1,14 (0,98)

2,05 (490)

-

-

-

-

1,6

0,06

0,52 (0,44)

1,35 (320)

1,9

0,08

1,13 (0,98)

2,15(510)

1,9

0,07

0,92 (0,79)

2,20 (325)

2,1

0,08

1,18 (1,02)

2,50 (595)

2,1

0,08

1,26 (1,08)

2,25 (535)

2,2

0,07

1,87 (1,61)

2,50 (595)

2,2

0,07

1,09 (0,94)

1,80 (420)

1,6

0,12

0,63 (0,54)

2,05 (490)

1,6

0,11

0,54 (0,49)

1,80 (420)

1,8

0,12

0,85 (0,73)

2,30 (550)

1,8

0,12

0,78 (0,67)

2,20 (525)

2,2

0,12

1,55 (1,33)

3,00 (715)

2,2

0,13

0,84 (0,72)

2,75 (655)

1,6

0,13

0,68 (0,58)

2,15 (510)

1,6

0,13

0,76 (0,66)

1,75 (420)

1,8

0,13

1,02 (0,87)

2,30 (550)

1,8

0,13

1,12 (0,97)

2,35 (560)

2,0

0,13

1,31 (1,12)

3,05 (725)

2,0

0,13

1,37 (1,14)

2,55 (610)

1,6

0,19

1,09 (0,93)

2,80 (665)

1,6

0,19

1,09 (0,94)

2,25 (535)

1,8

0,19

1,31 (1,13)

3,00 (715)

1,8

0,19

1,20 (1,03)

2,30 (550)

1,9

0,19

1,82 (1,39)

3,20 (760)

1,9

0,19

1,35 (1,16)

2,70 (645)

1,6

0,23

1,21 (1,04)

3,15 (750)

1,6

0,24

1,05 (0,91)

2,30 (550)

1,8

0,24

1,56 (1,35)

3,35 (795)

1,8

0,24

1,20 (1,03)

2,35 (560)

Таблица Б.5.2

Содержание крупных фракций

d > 2 мм

ρк

Плотность сухого грунта

ρ, т/м3

Суммарная влажность грунта

wtot

Теплопроводность грунта,

Объемная теплоемкость грунта,

λth

λf

Cth

Cf

 

1,60

0,04

0,40 (0,34)

0,48 (0,41)

1,53 (365)

1,03 (244)

 

1,60

0,08

0,63 (0,55)

0,63 (0,54)

1,86 (444)

1,59 (380)

0,10

1,60

0,13

0,88 (0,76)

0,74 (0,64)

2,37 (565)

1,60 (380)

 

1,60

0,16

1,19 (1,02)

1,26 (1,09)

2,54 (605)

1,95 (465)

 

1,60

0,21

1,20 (1,03)

1,28 (1,10)

3,32 (790)

2,30 (550)

 

1,60

0,12

0,83 (0,72)

0,77 (0,66)

2,32 (550)

1,51 (360)

0,20

1,60

0,16

0,88 (0,76)

1,04 (0,90)

2,42 (580)

1,93 (460)

 

1,60

0,21

1,11 (0,96)

1,27 (1,09)

3,10 (740)

1,97 (470)

 

1,60

0,05

0,44 (0,38)

0,38 (0,33)

1,60 (380)

0,87 (205)

 

1,60

0,08

0,65 (0,56)

0,59 (0,51)

2,05 (485)

1,40 (340)

0,30

1,60

0,14

0,81 (0,70)

-

2,25 (535)

-

 

1,60

0,22

1,08 (0,93)

-

2,80 (660)

-

 

1,60

0,04

0,36(0,31)

0,33 (0,28)

1,38 (330)

1,21 (290)

0 45

1,60

0,12

0,65 (0,56)

0,72 (0,62)

2,18 (520)

1,48 (350)

 

1,60

0,16

0,81 (0,70)

0,76 (0,66)

2,18 (520)

1,54 (390)

 

1,80

0,20

1,13 (0,97)

1,13 (0,97)

3,18 (760)

2,43 (580)

 

1,60

0,12

0,80 (0,69)

0,85 (0,73)

2,13 (730)

1,42 (340)

0,60

2,00

0,16

1,63 (1,41)

1,66 (1,43)

2,66 (635)

2,27 (540)

 

1,80

0,20

1,70 (1,47)

1,64 (1,41)

3,18 (760)

2,50 (600)

 

1,70

0,04

0,37 (0,32)

0,55 (0,77)

1,63 (390)

1,16 (280)

 

1,60

0,08

0,49 (0,42)

0,65 (0,56)

1,87 (445)

1,59 (380)

0,70

1,60

0,12

0,92 (0,79)

0,77 (0,66)

2,11 (500)

1,61 (385)

 

1,85

0,16

1,51 (1,30)

1,45 (1,25)

2,50 (600)

2,10 (500)

 

1,85

0,17

1,63 (1,41)

1,70 (1,74)

3,01 (720)

2,38 (550)

 

1,60

0,04

0,36 (0,31)

0,41 (0,35)

1,44 (345)

0,93 (220)

 

1,60

0,09

0,71 (0,61)

0,59 (0,51)

1,91 (450)

1,53 (364)

0,85

1,70

0,12

1,00 (0,86)

0,97 (0,84)

2,25 (540)

1,35 (321)

 

1,85

0,16

1,77 (1,53)

-

2,74 (650)

2,31 (550)

 

1,80

0,17

1,80 (1,55)

1,51 (1,30)

3,11 (740)

2,23 (530)

 

1,60

0,04

0,42 (0,36)

0,42 (0,36)

1,50 (360)

0,88 (210)

 

1,60

0,09

0,88 (0,76)

0,80 (0,69)

1,98 (470)

1,47 (350)

1,00

1,60

0,12

1.01 (0,87)

1,05 (0,91)

2,09 (500)

1,60 (380)

 

1,60

0,16

1,07 (0,92)

1,49 (1,28)

2,28 (540)

2,12 (510)

 

1,60

0,21

1,35 (1,16)

1,64 (1,40)

2,88 (690)

2,10 (500)

Обозначения, принятые в таблице:

λth λf - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунтов;

Cth, Cf - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунтов.

Таблица Б.5.3

Концентрация порового раствора К, т/м3

Плотность сухого засоленного грунта

ρ, т/м3

Суммарная влажность грунта

wtot

Теплопроводность грунта,

Объемная теплоемкость грунта,

λth

λth

Cth

Cf

Засоление хлоридами Na

 

1,55

0,13

0,90 (0,78)

0,70 (0,60)

2,45 (580)

1,55 (370)

 

1,80

0,13

0,99 (0,85)

0,86 (0,74)

2,95 (700)

1,80 (430)

 

1,90

0,13

1,20 (1,03)

1,06 (0,91)

3,20 (760)

2,05 (490)

 

1,60

0,19

1,08 (0,93)

1,12 (0,97)

2,50 (595)

2,50 (595)

0,04

1,80

0,19

1,27 (1,09)

1,04 (0,90)

2,95 (720)

2,80 (665)

 

1,95

0,19

1,43 (1,23)

1,24 (1,07)

3,30 (785)

3,00 (715)

 

1,60

0,22

1,19 (1,03)

1,24 (1,07)

2,65 (630)

2,60 (705)

 

1,80

0,22

1,44 (1,24)

1,26 (1,08)

3,35 (800)

2,40 (570)

 

1,55

0,26

1,28 (1,10)

1,15 (1,03)

3,10 (740)

2,95 (705)

 

1,60

0,13

0,97 (0,84)

0,78 (0,67)

2,25 (535)

3,80 (905)

 

1,80

0,13

1,14 (0,98)

1,04 (0,89)

2,85 (680)

4,25 (1015)

 

2,00

0,13

1,40 (1,21)

1,28 (1,10)

2,30 (550)

4,45 (1060)

 

1,60

0,17

1,0 (0,86)

0,83 (0,72)

2,35 (560)

3,30 (785)

0,16

1,85

0,17

1,19 (1,03)

1,01 (0,87)

2,70 (645)

4,60 (1100)

1,95

0,17

1,51 (1,30)

1,0 (0,86)

3,00 (715)

4,55 (1085)

 

1,60

0,21

1,16 (1,00)

1,02 (0,88)

2,70 (645)

4,10 (975)

 

1,70

0,20

1,27 (1,09)

1,43 (1,23)

2,85 (680)

4,35 (1035)

 

1,80

0,20

1,55 (1,34)

1,28 (1,10)

3,10 (740)

5,70 (1360)

 

1,60

0,25

1,24 (1,07)

1,16 (1,00)

2,80 (665)

4,45 (1060)

 

1,60

0,13

0,86 (0,74)

0,91 (0,79)

2,15 (510)

1,95 (465)

 

1,80

0,13

1,08 (0,93)

0,92 (0,80)

2,50 (595)

1,95 (465)

 

2,00

0,13

1,27 (1,09)

1,16 (1,00)

2,85 (680)

2,10 (500)

 

1,60

0,17

0,93 (0,80)

0,72 (0,62)

2,35 (560)

1,70 (405)

0,26

1,80

0,16

1,12 (0,97)

1,05 (0,91)

2,70 (645)

2,30 (550)

 

2,00

0,17

1,38 (1,18)

1,06 (0,92)

3,05 (730)

2,35 (560)

 

1,60

0,19

1,01 (0,87)

1,01 (0,87)

2,65 (630)

2,05 (490)

 

1,80

0,19

1,30(1,12)

1,11 (0,96)

3,05 (730)

2,20 (525)

 

1,60

0,21

1,21 (1,04)

0,94 (0,81)

2,85 (680)

2,75 (655)

Засоление хлоридами Са

 

1,70

0,13

0,95 (0,82)

0,92 (0,79)

2,65 (630)

1,95 (465)

 

1,80

0,13

0,88 (0,76)

0,93 (0,80)

2,75 (655)

2,05 (490)

 

2,00

0,13

1,44 (1,24)

1,20 (1,03)

2,75 (655)

2,25 (535)

 

1,60

0,17

0,98 (0,85)

1,0 (0,86)

2,65 (630)

2,35 (560)

0,05

1,80

0,17

1,29(1,11)

1,14 (0,98)

3,05 (725)

2,50 (595)

 

2,00

0,17

1,42 (1,22)

1,24 (1,07)

3,15 (750)

2,95 (700)

 

1,50

0,22

0,86 (0,75)

0,94 (0,81)

2,55 (610)

2,35 (560)

 

1,60

0,23

0,99 (0,85)

1,04 (0,90)

3,05 (730)

2,75 (655)

 

1,80

0,22

1,24 (1,07)

1,64 (1,41)

3,15 (750)

2,70 (645)

 

1,60

0,13

0,55 (0,47)

0,54 (0,47)

2,85 (680)

2,20 (525)

 

1,90

0,13

1,45 (1,25)

1,07 (0,92)

2,95 (705)

3,30 (785)

 

2,00

0,13

1,55 (1,34)

1,13 (0,97)

3,05 (725)

3,70 (780)

 

1,60

0,15

0,84 (0,72)

0,73 (0,63)

2,55(610)

2,95 (700)

0,12

1,80

0,15

1,45 (1,25)

0,92 (0,79)

2,95 (705)

3,25 (775)

 

2,00

0,15

1,59 (1,37)

0,94 (0,81)

3,20 (760)

3,85 (915)

 

1,60

0,21

0,90 (0,78)

1,16 (1,00)

2,75 (665)

3,90 (930)

 

1,80

0,21

1,36 (1,17)

0,91 (0,79)

2,88 (690)

3,90 (930)

 

1,55

0,12

0,70 (0,60)

0,64 (0,55)

2,10 (500)

1,50 (360)

 

1,80

0,12

0,81 (0,70)

0,98 (0,84)

2,30 (550)

1,95 (465)

0,27

2,00

0,12

1,20 (1,03)

1,15 (0,99)

2,40 (570)

2,05 (490)

1,60

0,15

0,90 (0,78)

0,79 (0,68)

2,20 (525)

1,90 (450)

 

1,80

0,15

1,18 (1,02)

0,91 (0,78)

2,60 (620)

1,91 (455)

 

2,00

0,15

1,21 (1,04)

0,94 (0,81)

2,80 (665)

2,15(510)

 

1,60

0,11

0,71 (0,61)

0,63 (0,54)

2,30 (545)

1,55 (370)

 

1,90

0,11

1,21 (1,04)

1,12 (0,96)

2,50 (595)

2,05 (490)

 

2,00

0,11

1,34 (1,16)

1,19 (1,03)

2,55 (610)

2,05 (490)

 

1,60

0,13

0,97 (0,84)

0,70 (0,60)

2,35 (560)

1,90 (450)

 

1,75

0,13

1,06 (0,91)

0,90 (0,78)

2,40 (570)

2,10 (500)

0,39

2,00

0,13

1,33 (1,15)

0,93 (0,80)

2,75 (655)

2,20 (525)

 

1,60

0,16

0,72 (0,62)

0,47 (0,41)

2,65 (630)

1,50 (360)

 

1,80

0,16

1,12 (0,96)

1,02 (0,87)

2,70 (645)

2,05 (490)

 

2,00

0,16

1,35 (1,16)

1,12(0,96)

2,90 (690)

2,50 (595)

 

1,60

0,18

1,08 (0,93)

0,71 (0,61)

2,65 (630)

1,90 (450)

 

1,80

0,18

1,35 (1,16)

0,99 (0,85)

3,10 (740)

2,85 (680)

Обозначения, принятые в таблице:

λth λf - теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунтов;

Cth, Cf - объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунтов.

Приложение Б.6
(рекомендуемое)

Конструкция плотин, возводимых способом отсыпки грунтов в воду

1 Перекрытие рек способом отсыпки грунтов в воду допускается только при скоростях потока, не способных размывать и уносить мелкие фракции грунта тела плотины, т.е. частицы, которые определяют водоупорные свойства тела однородных плотин (рисунки Б.6.1, Б.6.2).

mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса;

Ц - цокольная часть плотины от основания до гребня дренажной призмы; зона А - часть тела плотины, возводимая послойной укладкой и укаткой грунта или отсыпкой грунтов в воду; зона 3 тела плотины отсыпана из грунта более однородного состава; Фн - слой обратных фильтров; ДП - дренажная призма; О - О - закатанная поверхность

Рисунок Б.6.1 - Однородная грунтовая плотина, возведенная двумя способами: отсыпкой грунтов в воду и послойной укладкой и укаткой грунтов

mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса; Ц - цокольная часть плотины от основания до гребня дренажной призмы; зона А - часть тела плотины, возводимая послойной укладкой и укаткой грунта или отсыпкой грунтов в воду; зона 3 тела плотины отсыпана из грунта более однородного состава; Фн - слой обратных фильтров; ДП - дренажная призма; О - О - закатанная поверхность; ВГ - верхняя часть плотины, возводимая только послойной укладкой и укаткой грунта; Фв - сопрягающие переходные зоны грунта, которые подбираются из условия непроницаемости, когда материал тела сложен из несвязных грунтов, и из условия отслаивания - когда материал тела - связный грунт.

Рисунок Б.6.2 - Однородная грунтовая плотина с двумя банкетами.

2. При возведении однородных плотин без создания перемычек высота первого слоя отсыпки грунтов в воду определяется отметкой гребня дренажного банкета (рисунок Б.6.1) или верхового банкета (со стороны верхнего бьефа) (рисунок Б.6.2) над основанием, а толщина слоя воды - отметкой уровня воды в реке, который по мере отсыпки грунта может подниматься.

3. При возведении однородных плотин необходимо выделить два фрагмента:

- цокольную часть плотины, поднимающуюся от основания плотины до отметки гребня дренажа и возводимую отсыпкой грунтов в воду (каменный банкет, слой обратных фильтров водоупорной части плотины);

- верхнюю часть плотины, расположенную выше отметки гребня дренажа до отметки гребня плотины, возводимую из тех же грунтов, что и цокольная водоупорная часть плотины.

4. Верхнюю часть плотины выше отметки гребня дренажного банкета можно возводить послойной укладкой с уплотнением, а также отсыпкой грунтов в воду при наличии дамб обвалования до отметок сооружения, при которых размеры карт отсыпки еще позволяют вести работы этим способом.

5. Верхняя часть плотины, с отметки определяемой в проекте, должна возводиться послойной укладкой с уплотнением грунта, предусмотренного для возведения тела плотины.

6. Поверхность грунта цокольной части плотины, как правило, является более уплотненной, вследствие большого числа проходов по ней груженого автотранспорта; поверхность уплотненного грунта может иметь значение коэффициента фильтрации значительно ниже, чем лежащий ниже грунт.

7. В проекте однородных грунтовых плотин при принятой технологии возведения ее цокольной части (от основания до отметки гребня дренажного банкета) способом отсыпки в воду и верхней части (от отметки дренажного банкета до отметки гребня плотины) способом послойной укладки с уплотнением необходимо учитывать возможность формирования при определенном напоре двух принципиально различных режимов фильтрации.

Фильтрационная прочность однородных плотин, возводимых двумя указанными выше способами зависит не только от надежного сопряжения грунта тела плотины с основанием и дренажным банкетом, но и от учета в конструкции и технологии возведения различных режимов фильтрации.

8. Для обеспечения безопасной эксплуатации однородных грунтовых плотин, возводимых отсыпкой грунтов в воду, необходимо, чтобы по всей длине плотины выполнялись следующие требования:

- первый слой фильтра надежно (с запасом) сопрягался с грунтом тела плотины;

- каждый последующий слой фильтра надежно (с запасом) сопрягался с предыдущим слоем;

- последующий слой фильтра надежно (с запасом) сопрягался с каменным банкетом - дренажной призмой.

9. Требования, указанные в пункте 8 настоящего приложения Б.6, могут быть выполнены при следующих условиях:

- коэффициент разнозернистости любого слоя фильтра должен быть не более 10 (η = d60/d10 ≤ 10) и уточняться с учетом глубины воды в реке;

- толщина слоев фильтра должна увязываться с глубиной воды в реке, возможной сегрегацией материала при отсыпке в воду, транспортирующей способностью потока и интенсивностью отсыпки материала фильтра.

Примечания

1. Конструкция фильтра должна обеспечивать нормальный отвод профильтровавшейся воды и практически не влиять на положение поверхности депрессии при стационарном режиме фильтрации и постоянном уровне верхнего бьефа.

2. Повышение поверхности депрессии, как правило, указывает на то, что происходит кольматаж обратного фильтра, а ее понижение - на то, что имеет место механическая суффозия, т.е. вынос частиц грунта (в основном из закольматированных участков фильтра).

3. Конструкция дренажного банкета после отсыпки каменной наброски и всех слоев обратного фильтра должна обеспечивать соблюдение условий пункта 1 настоящего приложения Б.6.

10. При наличии критического градиента напора (выпора или суффозии) на выходе фильтрационного потока в основании дренажного банкета необходимо также предусматривать устройство обратного фильтра, например, путем замыва пор каменного банкета в нижней его части на определенную высоту; высота этой части каменного банкета и крупность песка должны определяться фильтрационными исследованиями.

11. Однородность фильтрационных свойств тела грунтовой плотины, возводимой отсыпкой грунтов в воду, будет обеспечена при содержании мелкозема (т.е. фракций диаметром меньше 2 мм) в супесчаной морене в количестве не менее 40% по весу.

12. При возведении однородных плотин отсыпкой в воду необходимо выполнять проверку устойчивости низовых откосов плотин, исходя из условия, что в верхней части плотины (выше гребня дренажной призмы) грунт водонасыщен (расчетный случай строительного периода). Поверхность откоса должна быть защищена от промерзания.

13. При перекрытии рек способом отсыпки грунтов в воду необходимо на всю длину плотины последовательно возводить сначала каменный банкет, затем отсыпать слои обратного фильтра, после чего отсыпать грунты тела плотины. Сопрягаемую с обратным фильтром часть тела плотины (зона 3, рисунок Б.6.1), на ширину ~ 3-5 м рекомендуется отсыпать из более однородных грунтов, чем основное тело плотины; коэффициент фильтрации этого участка должен быть на порядок больше, чем у основного тела.

14. При необходимости, подготовку основания (например, разработку слоя аллювия) под переходные зоны и под тело плотины необходимо вести после перекрытия реки каменным банкетом с целью последующего надежного сопряжения водонапорной части тела плотины с основанием.

Примечание - Подготовка основания заключается в подводной разработке и выемке слоя аллювия с применением гидромеханического оборудования.

15 Отсыпку крупнообломочного материала переходных зон и обратных фильтров следует вести при наличии одного или двух банкетов в направлении от обоих берегов в сторону наибольших глубин в реке.

Отсыпку грунта в водоупорную цокольную часть плотины требуется проводить с высокой интенсивностью, не допуская размокания глинистого грунта, с постоянным превышением гребня над уровнем воды не менее чем на 1,5 - 2 м.

16 Сегрегация материала уложенных обратных фильтров и переходных зон будет более всего проявляться в наиболее глубоких сечениях русла реки. Для установления степени сегрегации следует осуществлять подводный осмотр. Если сегрегация грунтов фильтров достигла степени, при которой не обеспечивается требуемое сопряжение с материалом противофильтрационной части плотины, то необходимо отсыпать у подошвы откоса фильтра дополнительный слой фильтра.

Приложение Б.7
(рекомендуемое)

Определение крутизны волноустойчивого неукрепленного откоса плотин из песчаного грунта при «профилединамического равновесия»

Предварительная оценка параметров динамически устойчивого при воздействии волн профиля неукрепленного откоса плотин из песчаного грунта («профиля динамического равновесия») может быть выполнена по формулам:

m = mo + kλ(hcdl/do(λ/hcdl)1/3)1/2,                                                                                    (Б.7.1)

где m - коэффициент откоса;

mo - коэффициент естественного откоса грунта тела плотины под водой;

hcdl - высота расчетной волны, м;

λ - длина расчетной волны, м;

d0 - средневзвешенный диаметр частиц грунта тела плотины, м:

                                                                                                                (Б.7.2)

где di - размер фракций, м;

pi - доля фракций, % по массе;

kλ - коэффициент, принимаемый: kλ = 0,37 для подводной части пляжного откоса от расчетного уровня воды в водохранилище (или в реке) до нижней границы размывающего действия волн (h1), определяемый по формуле:

h1 = 0,028(hcdlλ/do1/2)2/3,                                                                                               (Б.7.3)

где kλ = 0,17 для надводной части пляжного откоса от расчетного уровня воды до верхней границы размывающего действия волн (h2), зависящей от высоты наката, в первом приближении можно принять h2 = hcdl (рисунок Б.7.1).

Примечания

1. При определении крутизны динамически устойчивого откоса необходимо учитывать размывающее влияние косого подхода волн, особенно сильно проявляющееся при углах подхода α = 45° - 57°.

2. Профиль сооружений необходимо уточнять по данным лабораторных или натурных исследований на основе результатов эксплуатации земляных сооружений с неукрепленными откосами, построенных из аналогичных грунтов и в условиях, близких по волновым и ветровым воздействиям.

1 - расчетный уровень воды; 2 - участок откоса при kλ = 0,37; 3 - участок откоса при kλ = 0,17

Рисунок Б.7.1 - К определению крутизны верхового неукрепленного откоса земляной песчаной плотины

Приложение Б.8
(рекомендуемое)

Конструкция сопряжения грунтовых противофильтрационных устройств со скальным основанием

Сопряжение ядра грунтовых плотин со скальным основанием (рисунок Б.8.1) рекомендуется осуществлять созданием бетонной пробки с галереями на основе расчетного исследования напряженного состояния и прочности этой конструкции. Количество галерей определяется проектом.

Для выполнения расчетов с учетом взаимодействия всех элементов конструкции, работающей в условиях вертикальных нагрузок и напоров, рекомендуется использовать решения задач теории упругости.

За критерии прочности следует принимать предельно допустимые расчетные сопротивления бетона сжатию с учетом его напряженного состояния (объемного или плоского), которые определяются согласно действующих нормативных документов.

Расчеты выполняются в два этапа (двухэтапное выполнение расчета вызвано крупногабаритными размерами рассматриваемых сооружений и их элементов) для случая эксплуатации сооружения применительно к конкретному объекту.

На первом этапе определяется напряженно-деформированное состояние конструкций бетонной пробки и обделки галерей по основной расчетной статической схеме, в которой воспроизводится полностью бетонная пробка с галереями и примыкающие к ним ограниченные зоны грунтовой плотины и скального основания. Размеры расчетной области назначаются исходя из условия соблюдения принципа Сен-Венана.

На втором этапе расчета уточняется напряженное состояние конструкции обделки галерей и примыкающих к ним зон бетонной пробки. Расчетные статические схемы образуются на базе выделенных из основной расчетной схемы фрагментов, включающих по одной галерее. К боковым граням этих фрагментов сооружения прикладывается распределенная нагрузка, соответствующая значениям напряжений σx, σy, τxy, полученным на первом этапе расчета.

На основании проведенных расчетных исследований напряженно-деформированного состояния и прочности вариантов конструкций пробки и обделки галерей, в них выявляются зоны сжатого бетона, уровень напряжений в которых превышает соответствующее предельно допустимое расчетное сопротивление бетона с учетом корректировки его класса. Эти зоны бетона подлежат традиционному расчетному армированию либо косвенному дисперсному.

Анализ результатов расчета рассмотренных вариантов конструкций позволяет выявить и обосновать оптимальную конструкцию пробки с галереями применительно к конкретному объекту и условиям его эксплуатации.

1 - верховая призма плотины; 2 - ядро плотины; 3 - низовая призма плотины; 4 - переходные слои; 5 - бетонная пробка с галереями; 6 - температурно-деформационные швы; 7 - скальное основание

Рисунок Б.8.1 - Поперечное сечение бетонной пробки с галереями в основании ядра грунтовой плотины

Приложение Б.9
(рекомендуемое)

Потери грунта при намыве земляных плотин

Общие потери грунта при намыве земляных плотин (разность объема грунта, разработанного в карьере и проектного объема плотины) устанавливаются по проектным данным и могут складываться из следующих потерь:

- на обогащение грунта карьера (при сбросе мелких частиц вместе с водой);

- на унос грунта течением и волнением воды;

- на унос грунта ветром;

- потери при транспортировании пульпы;

- на вынос грунта за пределы профильного сооружения или штабеля фильтрационной водой;

- перемывы, допускаемые нормами.

Размеры этих потерь определяются в процентах от проектного объема плотины суммированием коэффициентов:

                                                                                                                   (Б.9.1)

где К1 - потери на уплотнение грунта (консолидацию в теле сооружения:

- для связных грунтов К1 = 1,5%;

- для песков и песчано-гравийных грунтов К1 = 0,75%;

К2 - потери на унос грунта ветром:

К2 =1,25%;

К3 - потери на вынос грунта фильтрационной водой за пределы проектного профиля:

- для крупного и средней крупности песка К3 = 0,50%;

- для мелкого и пылеватого песка К3 = 1,0%;

К4 - превышение над проектным объемом грунта, доставляемого средствами речного флота из подводного карьера:

К4 = 12%;

K5 - потери грунта при гидравлическом транспортировании пульпы:

К5 = 0,25%;

К6 - потери грунта при сбросе вместе с водой через водосбросные сооружения в процессе намыва; определяются расчетом в соответствии с рекомендациями (приложение Б.10); при отсутствии данных по гранулометрическому составу следует принимать:

К6 ≥ 3%;

К7 - потери на унос грунта течением и волнением воды при намыве подводной части плотины:

K7 = 1 - 2%;

К8 - коэффициент разуплотнения (переуплотнения) сооружения по сравнению с подводным карьером:

К8 = (ρdсоорdnк)·100%;

Приведенные коэффициенты следует уточнить при опытном намыве в производственных условиях.

Необходимое количество грунта, которое следует разработать в карьере, равно:

Vкар = К·Vпр, где                                                                                                          (Б.9.2)

где Vкар - объем грунта в карьере;

Vпр - объем грунта в сооружении (проектное значение).

Приложение Б.10
(рекомендуемое)

Расчет нормы отмыва грунта при возведении земляных намывных плотин

Норму отмыва (НО) устанавливают по характеристике состава карьерного грунта (грунта выемки) с учетом принятой технологии намыва земляного сооружения.

Грунты песчано-гравийных и песчаных карьеров в зависимости от показателей их гранулометрического состава и технологии намыва делятся на пять групп (таблица Б.10.1).

Таблица Б.10.1

Номер группы грунта

Грунт

Вид технологии намыва

Содержание фракций в составе грунта, %

Отношение сумм процентного содержания фракций грунта d, мм Σd > 0,25

Σd > 0,10

Коэффициент разнозерни­стости

К60,10

Размеры фракций грунта d90*, мм

размер фракций грунта d, мм

d=0,10-0,25

d > 2,0

1

разнозернистые пески с гравием

двусторонний с технологическим прудком

< 50

> 5

> 1

2,5 - 300

> 2

2

среднезернистые пески

Тоже

< 0

< 5

> 1

< 5

< 2

3

мелкозернистые пески

> 50

-

-

< 5

-

4

мелкозернистые и пылеватые пески

< 50 в боль­шинстве случаев

-

<1

>5 в большинстве случаев

-

5

разнозернистые пески с гравием, среднезернистые и мелкозернистые пески

односторонний со свободным откосом

-

-

-

-

-

* d90 - размеры фракций грунта, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 90% массы всего грунта

Для каждой группы грунтов и принятой технологии намыва сооружения норму отмыва (НО) определяют по следующим формулам в процентах к объему намываемого сооружения:

- 1-ая группа:

НО = 0,1(d = 0,10 - 0,25 мм)% + 0,35(d = 0,05 - 0,10 мм)% +

+ 0,9(d = 0,01 - 0,05 мм)% + 0,9(d = 0,005 - 0,01 мм)% + 1,0(d < 0,005)%;                         (Б.10.1)

- 2-ая группа:

НО = 0,025(d = 0,10 - 0,25 мм)% + 0,35(d = 0,05 - 0,10 мм)%+

+ 0,8(d = 0,01 - 0,05 мм)% + 0,9(d = 0,005 - 0,01 мм)%;                                                       (Б.10.2)

- 3-я группа:

НО = 0,05(d = 0,10 - 0,25 мм)% + 0,35(d = 0,05 - 0,10 мм)%+

+ 0,9(d = 0,01 - 0,05 мм)% + 1,0(d < 0,005)%;                                                                      (Б.10.3)

- 4-ая группа:

НО = 0,11(d = 0,05 - 0,10 мм)% + 0,5(d = 0,01 - 0,05 мм)% +

+ 0,9(d = 0,01 - 0,05 мм)% + 0,9(d < 0,005)%;                                                                       (Б.10.4)

- 5-ая группа:

НО = 0,15(d = 0,10 - 0,25 мм)% + 0,5(d = 0,05 - 0,10 мм)% +

+ 0,9(d = 0,01 - 0,05 мм)% + 1,0(d < 0,005)%;                                                                       (Б.10.3)

Примечания

1. Отмыв грунта при одностороннем намыве тонкозернистых и пылеватых грунтов, а также при намыве грунтов в воду без устройства обвалования устанавливают при проектировании технологических схем намыва сооружений с использованием аналогов или результатов опытного намыва.

2. В случаях, когда проектом установлена целесообразность использования для намыва сооружений карьерных грунтов или грунтов полезных выемок без предварительного удаления вскрышного слоя, средневзвешенный гранулометрический состав, по которому определяют норму отмыва, устанавливают по всей толще карьера (выемки) от поверхности до подошвы забоя.

Приложение Б.11
(рекомендуемое)

Расчеты границ зон фракционирования и осредненного зернового состава намытого грунта в поперечном сечении плотины

1. Расчет границ зон фракционирования и осредненного зернового состава намытого грунта в поперечном сечении выполняют для неоднородных плотин.

Фракционирование грунта - процесс, положенный в основу конструкции намывных плотин и проявляющийся в раскладке зерен грунта по крупности по длине откоса намыва с постепенным уменьшением средней крупности намытого грунта по мере удаления от выпуска пульпы из распределительного пульпопровода.

2. Для неоднородных плотин с ядром, намываемых из песчано-гравийного грунта, содержащего пылеватые и глинистые фракции (рисунок Б.4, раздел 6 приложения Б), расчет границ зон фракционирования выполняют по формулам:

- расстояние от откоса плотины до внутренней границы боковой зоны Х1:

                                                                                                 (Б.11.1)

- расстояние от откоса плотины до границы ядра Х2:

                                                                                                (Б.11.2)

3 Для неоднородных плотин с центральной зоной, намываемых из песчано-гравийных грунтов (рисунок Б.4 г, раздел 6 приложения Б) расчет расстояния от откоса плотины до границы центральной зоны Х3 выполняют по формуле:

                                                                                                (Б.11.3)

В формулах Б.11.1 - Б.11.3, ,  - содержание всех фракций соответственно ≥ 2 мм, ≥ 0,1 мм, ≥ 0,25 мм в составе карьерного грунта, %; L - расстояние от откоса до оси плотины.

Примечание - В расчетах по формулам Б.11.1 - Б.11.3 вводят осредненный состав карьерного грунта.

4 Осредненный зерновой состав намытого грунта в пределах выделенных зон фракционирования определяют с помощью графиков зависимостей  (рисунки Б.11.1 - Б.11.5), построенных в результате обработки данных геотехнического контроля намыва различных плотин.

На данных графиках:

α - процентное содержание составляющих частиц;

di - крупность составляющих частиц намытого грунта;

do - средневзвешенная крупность карьерного грунта:

                                                                                                             (Б.11.4)

где doi - среднеарифметическое значение крупности i-й стандартной фракции в составе карьерного грунта;

pi - процентное содержание i-й стандартной фракции;

90 - суммарное содержание учитываемых фракций в составе карьерного грунта, %.

Примечания

При вычислении d0 отбрасываются все фракции мельче d5 и крупнее d95, где d5 и d95 - крупность частиц, соответствующая обеспеченности 5 и 95% по массе в составе карьерного грунта.

Отношение di/do снимают с осредненной кривой графиков для разной обеспеченности (10%, 20%, …).

Величину di (d10, d20, …) определяют по формуле:

                                                                                                                                                          (Б.11.5)

С помощью полученных значений di строят кривую зернового состава намытого грунта по каждой зоне.

Рисунок Б.11.1 - График зависимости  для однородных песчаных плотин

I - боковая зона; II - центральная зона

Рисунок Б.11.2 - График зависимости  для неоднородных плотин из мелкого песчано-гравийного грунта с центральной песчаной зоной

I - боковая зона; II - центральная зона

Рисунок Б.11.3 - График зависимости  для неоднородных плотин из крупного песчано-гравийного грунта с центральной песчаной зоной

I - боковая зона; II - ядро

Рисунок Б.11.4 - График зависимости  для гравийных плотин с ядром высотой < 30 м

I - боковая зона; II - промежуточная зона; III - ядро

Рисунок Б.11.5 - График зависимости  для гравийных плотин с ядром высотой > 30 м

Приложение Б.12
(рекомендуемое)

Проектирование плотин со стальными диафрагмами

1. Грунтовые плотины со стальными диафрагмами могут быть рекомендованы:

- для строительства в северной строительно-климатической зоне;

- при отсутствии вблизи строительства грунтов пригодных для устройства ядра, экрана или обратных фильтров;

- для районов с очень влажным климатом;

- во всех других случаях - при соответствующем технико-экономическом обосновании их преимуществ перед другими видами плотин.

2. Плотины со стальными диафрагмами могут возводиться из каменной наброски, горной массы, песчаных, гравийных, галечниковых, дресвяных и щебеночных грунтов.

3. Стальные диафрагмы могут применяться в плотинах I - IV классов.

4. Стальную диафрагму рекомендуется располагать в теле плотины вертикально в плоскости, проходящей по оси гребня или по бровке верхового откоса.

5. Сопряжение стальной диафрагмы с основанием плотины и береговыми склонами должно осуществляться посредством бетонного зуба, плиты или цементационной потерны с устройством под опорным элементом диафрагмы периметрального шва из битумных или других гидроизоляционных материалов, либо другими способами, обеспечивающими смещение опоры диафрагмы по опорной плоскости при воздействии горизонтальных нагрузок, а также водонепроницаемость шва. С бетонными сооружениями, встроенными в плотину (водосброс, водоприемник и пр.), стальную диафрагму рекомендуется сопрягать заделкой ее в бетон устоев, но с устройством в ней в непосредственной близости от устоя вертикального деформационного шва-компенсатора, обеспечивающего смещения (без натяжения) диафрагмы под воздействием горизонтальных нагрузок.

6. Стальные диафрагмы следует выполнять из нелегированных углеродистых сталей с пределом прочности 300 - 400 МПа и относительным удлинением 20-30%. В условиях длительного воздействия на диафрагму низких температур наружного воздуха (<-40°С) по условиям производства работ рекомендуется применять сталь спокойного плавления типа ВСтЗГпс2 или ВСтЗГпс3.

7. В стальной диафрагме следует предусматривать вертикальные и горизонтальные деформационные швы, местоположение которых определяется соответствующими расчетами.

8. Количество и местоположение вертикальных деформационных швов в диафрагме назначаются исходя из эпюры ее плановых горизонтальных смещений от действия гидростатического давления с учетом возможных местных деформаций тела плотины, рельефа створа, геологического строения основания. Обязательным следует считать устройство в диафрагме вертикальных швов в местах резкого излома поверхности основания (седловине, буграх, бортах каньона и др.), а также в местах заделки диафрагмы в устои бетонных сооружений и на границах участков основания, сложенных грунтами, резко отличающимися по деформационным свойствам.

9 Количество и местоположение горизонтальных деформационных швов в стальной диафрагме назначают расчетом из условия обеспечения прочности диафрагмы на сжатие, которое возникает вследствие трения о ее поверхность грунтов призмы плотины при их осадке и действия собственного веса диафрагмы. Напряжение а в диафрагме определяют по формуле:

                                                                                                   (Б.12.1)

где Q - вес диафрагмы;

N - нагрузка на диафрагму от трения грунта;

Ry - расчетное сопротивление стали сжатию по пределу текучести;

γn - коэффициент надежности по ответственности сооружения;

An - площадь поперечного сечения диафрагмы.

Примечание - Расчет ведется на единицу длины плотины.

Нагрузку на диафрагму на глубине x от трения грунта тела плотины определяют как произведение бокового давления на нее грунта на коэффициент трения грунта по стали:

                                                                       (б.12.2)

где ρ1, ρ2, ρ3 - соответственно, плотность грунта верховой и низовой призм плотины и воды;

λ1, λ2 - коэффициенты бокового давления грунта призм плотины на диафрагму;

g - ускорение силы тяжести;

f - коэффициент трения грунта тела плотины по поверхности стальной диафрагмы;

x - глубина расположения расчетного сечения от гребня плотины.

Расстояние x1 от гребня плотины до первого горизонтального деформационного шва определяют подбором. Задавшись предварительно толщиной диафрагмы и ординатой x1, определяют значения Q(x1) и N(x1), а также проверяют условие прочности.

Местоположение второго, третьего и всех последующих швов определяют последовательными расчетами напряженного состояния фрагментов диафрагмы, расположенных между двумя соседними швами с ординатами xn и xn+1. В этом случае нагрузку N(x) вычисляют как разность:

N(x) = N(xn+1) - N(xn).                                                                                            (Б.12.3)

В опорном фрагменте диафрагмы в пределах зоны его изгиба, равной  в формуле Б.12.1 учитывают влияние опорного момента и силы трения опоры по основанию (k - коэффициент постели, EI - жесткость диафрагмы).

Для предварительного проектирования схемы разрезки диафрагмы горизонтальными деформационными швами рекомендуются графики, приведенные на рисунке Б.12.1.

10 В местах расположения в диафрагме вертикальных швов устраиваются также поперечные (герметичные) деформационные швы в ее опорном элементе по типу, приведенному на рисунке Б.12.2.

Рисунок Б.12.1 - Зависимость расстояния между горизонтальными швами диафрагмы по высоте Z, от толщины диафрагмы δ, величины коэффициента трения грунта по диафрагме f и высоты диафрагмы Н

1 - диафрагма, соединенная с бетонным зубом; 2 - уплотнение деформационного шва опорного элемента; 3 - опорный элемент диафрагмы; 4 - битумное покрытие; 5 - бетонный зуб

Рисунок Б.12.2 - Устройство деформационного шва в опорном элементе диафрагмы

11 Значения коэффициентов трения песчаных, гравийных и галечниковых грунтов тела плотины или переходных слоев по стальной диафрагме рекомендуется назначать по графикам на рисунке Б.12.3 с последующим их уточнением специальными испытаниями для конкретных случаев.

1 - грунт влажностью 2 - 7%; 2 - грунт влажностью 100%; 3 - грунт при покрытии диафрагмы битумом

Рисунок Б.12.3 - Зависимость коэффициента трения грунтов по стальной диафрагме от их крупности и влажности

12. Окончательные размеры конструктивных элементов профиля плотины, ее подземного контура, толщины диафрагмы, шага деформационных швов уточняют по данным статических, динамических и фильтрационных расчетов плотины.

13. Для определения горизонтальных смещений и прогибов диафрагмы рекомендуется использовать методику ее расчета по схеме балки конечной жесткости на упругом податливом основании, в качестве которого рассматривается низовая призма плотины. Податливость низовой призмы выражается коэффициентом постели k, изменяющимся по ее высоте.

Смещение опоры диафрагмы имитируется в расчетной схеме введением в опорное сечение реактивной силы трения Т0 и момента М0 (рисунок Б.12.4).

Р(х) - расчетная нагрузка на диафрагму; dp(x) - реактивные напряжения в грунте низовой призмы; М0, Т0 - соответственно реактивные момент и сила трения, действующие в опоре диафрагмы; хi - смещения диафрагмы; Н - высота диафрагмы

Рисунок Б.12.4 - Схема расчета диафрагмы как балки на упругом основании

14 Напряженно-деформированное состояние плотины со стальной диафрагмой рекомендуется рассчитывать численными методами в постановке упругой или упругопластической задачи с учетом поэтапного ее возведения и наполнения водохранилища. При расчете плотины с подвижной в опоре диафрагмой рекомендуется учитывать проскальзывание боковых призм плотины по основанию вблизи диафрагмы введением в расчетную схему скользящих опор.

В расчетах необходимо учитывать собственный вес с учетом взвешивающего действия воды, гидростатическое давление, силы трения боковых призм по диафрагме и в ее опорном сечении.

15. Исходя из того, что тонкая стальная диафрагма практически полностью передает активную горизонтальную нагрузку низовой призме, общую статическую устойчивость низовой призмы рекомендуется проверять на плоский сдвиг по поверхности основания.

16. Толщину стальной диафрагмы при соответствующем обосновании можно назначать, допуская работу стали в конструкции на пределе ее текучести. Диафрагма должна отвечать требованиям коррозионной долговечности.

Для северной строительно-климатической зоны значение толщины стальной диафрагмы с учетом коррозии и оценку ее долговечности рекомендуется производить, исходя из:

- расчетных значений скорости равномерной коррозии стали в водно-грунтовой среде ut = 0,004-0,005 мм/год;

- графика, приведенного на рисунке Б.12.5;

- формулы:

                                                                                            (Б.12.4)

где t - длительность коррозии, годы.

Рисунок Б.12.5 - Изменение средней скорости коррозии стальной диафрагмы в водно-грунтовой среде Северной строительно-климатической зоны

17 В условиях развития язвенной коррозии диафрагму рекомендуется оборудовать системой электрохимической (катодной) защиты. Расчетную скорость язвенной коррозии стальной диафрагмы в условиях северной строительно-климатической зоны рекомендуется принимать 0,02-0,05 мм/год.

При монтаже диафрагмы в ней рекомендуется устраивать сплошную полосу заземления.

Приложение Б.13
(рекомендуемое)

Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

Согласно требованиям Стандарта, в числе рекомендуемых методов расчета устойчивости откосов грунтовых плотин названы методы, оперирующие с расчлененной на вертикальные элементы призмой обрушения и с произвольной или круглоцилиндрической поверхностью сдвига, удовлетворяющие условиям равновесия в предельном состоянии.

В качестве таковых могут быть использованы методы, основанные на гипотезе наклонных сил взаимодействия между элементами призмы обрушения.

Угол наклона к горизонту сил взаимодействия может быть определен из условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, которое достигается пропорциональным изменением характеристик прочности грунтов от расчетных значений tgφ и с до критических tgφк и ск. При произвольной поверхности сдвига для оценки устойчивости призмы обрушения сопоставляют проекции равнодействующих активных сил Fe и сил сопротивления Re на направление сил взаимодействия. При круглоцилиндрической поверхности сдвига можно сопоставлять как моменты равнодействующих этих сил F0, R0 относительно оси поверхности сдвига, так и их проекции.

Критерием устойчивости призмы обрушения является соотношение:

                                                                                                                 (Б.13.1)

где γlc, γc, γn - коэффициенты сочетаний нагрузок, условий работы, надежности по ответственности сооружения.

Откос устойчив, если обеспечена устойчивость призмы обрушения с наиболее опасной поверхностью сдвига.

Проекции равнодействующих определяют из условия равновесия элементов призм обрушения (рисунок Б.13.1) по формулам:

                                      (Б.13.2)

где Q = qdx - равнодействующая активных сил, действующих на элемент призмы обрушения;

β - угол наклона к оси X силы взаимодействия Е между элементами призмы обрушения;

dx - ширина призмы;

δ - угол отклонения силы Q от вертикали;

α - угол наклона элемента поверхности сдвига к горизонту;

C = cds - сила сцепления, действующая на элемент поверхности сдвига, длина дуги которого ds.

Рисунок Б.13.1 - Схема сил, действующих на элемент призмы обрушения

Моменты равнодействующих определяют по формулам:

                                                 (Б.13.3)

где r - радиус поверхности сдвига;

b - возвышение точки приложения силы Q над поверхностью сдвига.

Угол β в обоих случаях допустимо определять по приближенной зависимости:

                                                                                                        (Б.13.4)

Устойчивость откоса в предположении круглоцилиндрической поверхности сдвига можно проверять по формулам Б.13.2 и Б.13.3. Отношения R0/F0 и Re/Fe - разные механические понятия, поэтому оценки устойчивости по ним получаются разными. Однако эти оценки совпадают при R/F = 1 и достаточно близки при R/F < 1,3.

Если принять в качестве универсальной оценки устойчивости отношение tgφ/tgφk = c/ck, т.е. подобрать такие значения характеристик прочности, при которых R0 = F0 и Re = Fe, результаты расчета обоими способами должны совпадать. Такой расчет может служить контролем правильности определения угла β, т.е. соблюдения условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии для найденной наиболее опасной поверхности сдвига.

Влияние воды, насыщающей откос, допускается учитывать двумя способами:

- вес грунта в пределах каждого элемента определяют с учетом ее капиллярного поднятия, а по контуру элемента (поверхности откоса, поверхности сдвига и плоскостям раздела между элементами) определяют давление воды фильтрационным расчетом;

- вес грунта элемента определяют с учетом его взвешивания водой; на уровне ее поверхности к грунту прилагают капиллярные силы, и к насыщенному водой объему грунта элемента прилагают фильтрационные силы, определяемые расчетом.

Оба способа дают тождественные результаты и распространяются на неустановившуюся фильтрацию, в том числе при незавершенной консолидации грунта. При вычислении активной силы Fe и активного момента F0 давление воды по плоскостям раздела можно не учитывать: в сумме они равны нулю. При вычислении F0 можно не учитывать также давление воды по круглоцилиндрической поверхности сдвига, т.к. его момент равен нулю.

Влияние сейсмических воздействий на откос определяют в форме объемных сейсмических сил, действующих на объем грунта каждого элемента с учетом его насыщения водой, и изменения давления воды на поверхность откоса в пределах элемента.

В расчеты откосов с учетом сейсмических воздействий вводят динамические характеристики прочности грунтов, если они отличаются от статических, а также в соответствующих случаях учитывают возникновение избыточного порового давления как следствия сейсмических толчков.

Сейсмические воздействия относятся к особым нагрузкам; при их учете другие особые нагрузки можно не учитывать.

Приложение Б.14
(рекомендуемое)

Особенности расчета асфальтобетонных диафрагм и их влияния на работу плотины

1. При расчете влияния асфальтобетонных диафрагм на работу плотины, асфальтобетон в диафрагме рассматривается как тяжелая жидкость с коэффициентом бокового давления n, равным показателю его ползучести (n < 1). Значения показателя ползучести, зависящие от состава асфальтобетона и от вязкости битума в его составе (от температуры асфальтобетона в конструкции), приведены в таблице Б.14.1.

Таблица Б.14.1 - Зависимость показателя ползучести асфальтовых материалов(n) от вязкости структурированного в их составе битума(ηδ,40) и от объемной концентрации в их составе минеральной части (Cv).

Cv

Вязкость битума в составе асфальтобетона при сорокаминутном сопротивлении г) ηδ,40, пуаз

·106

·107

·108

·109

·1010

·1011

·1012

0,5

0,69

0,66

0,62

0,58

0,51

0,41

0,27

0,6

0,58

0,57

0,55

0,53

0,48

0,37

0,25

0,7

0,46

0,47

0,47

0,45

0,40

0,32

0,21

0,8

0,30

0,32

0,34

0,34

0,32

0,25

0,16

0,9

0,15

0,16

0,16

0,16

0,15

0,13

0,08

2. Напряженно-деформированное состояние диафрагмы определяется из условия, что поведение асфальтобетона в диафрагме под нагрузкой описывается соотношением:

                                                                                                                    (Б.14.1)

где ε - относительная деформация асфальтобетона в диафрагме;

t - время работы асфальтобетона в диафрагме при напряжении σ;

A - модуль жесткости асфальтобетона (модуль деформации, приведенный ко времени нагружения 1 сек).

3. При расчетном определении сохранения прочности и сплошности асфальтобетонных диафрагм в теле плотины следует ориентироваться на следующие положения, установленные на основе натурных наблюдений:

- асфальтобетон в диафрагме ни при каких условиях ни разрушится, если действующие в нем напряжения не превышают предела его длительной прочности σдл.пр (равный пределу его текучести);

- при действии в диафрагме напряжений, превышающих предел текучести асфальтобетона, диафрагма не разрушится, если величина напряжений действующих в расчетной ее зоне в рассматриваемый момент времени не превышает их допустимые значения.

Действующие в асфальтобетоне диафрагмы в момент времени t напряжения могут быть определены по формуле:

                                                                                             (Б.14.2)

или по формуле:

                                                                                                                     (Б.14.3)

Допустимые их значения определяются по соотношению:

                                                                                                                       (Б.14.4)

В формулах Б.14.1 - Б.14.4:

σнач. - начальное (взятое за исходное) напряжение в асфальтобетоне конструкции;

t - время наблюдения (расчетное время), сек.;

m - показатель длительной прочности асфальтобетона конструкции; его примерные значения, зависящие от состава асфальтобетона и от вязкости битума в его составе при расчетной температуре, приведены в таблице Б.14.2;

R0 - предел прочности асфальтобетона диафрагмы при рассматриваемых условиях и схеме его нагружения, приведенной к односекундному сопротивлению.

Таблица Б.14.2 - Зависимость показателя длительной прочности асфальтовых материалов (m) от вязкости структурированного в их составе битума (ηδ,40) и от объемной концентрации в их составе минеральной части (Cv).

Cv

Вязкость битума в составе асфальтобетона при сорокаминутном сопротивлении г) ηδ,40, пуаз

·106

·107

·108

·109

·1010

·1011

·1012

0,5

0,24

0,29

0,36

0,43

0,34

0,18

0,08

0,6

0,24

0,28

0,32

0,38

0,31

0,17

0,09

0,7

0,24

0,27

0,32

0,32

0,26

0,16

0,10

0,8

0,22

0,26

0,30

0,25

0,21

0,16

0,11

0,9

0,22

0,25

0,23

0,19

0,14

0,12

0,12

При интенсивности нарастания напряжений в конструкции превышающих интенсивность их релаксации, расчет диафрагмы ведется по допустимым скоростям относительных деформаций асфальтобетона диафрагмы (в некоторых случаях - по допустимым предельным их значениям для асфальтобетона диафрагмы).

Случайные трещины (швы) в асфальтобетоне диафрагмы с течением времени закрываются и омоноличиваются, но только после того, как в трещине (шве) появляются сжимающие напряжения. Если значения сжимающих напряжений не превышают предел текучести (предел длительной прочности) асфальтобетона, трещины закрываются, но как только значение напряжения обжатия σобж. превысит предел текучести асфальтобетона, трещина в нем начинает омоноличиваться. Время омоноличивания трещины (шва) может быть определено по соотношению:

                                                                                        (Б.14.5)

Примечание - Соотношение действительно лишь при условии σобж.σдл.сж..

Приложение Б.15
(справочное)

Основные виды нарушений в плотинах из грунтовых материалов и способы их ремонта

Таблица Б.15.1

№№ п/п

Нарушения (отказ)

Способы обнаружения

Причины нарушения

Исследования по устранению нарушения

Способы ремонта

1

2

3

4

5

6

1

Вертикальные поверхностные поперечные трещины на гребне

Визуальные наблюдения

Разница осадок на различных участках плотины

Поверочные расчеты осадок. Инженерно-геологические изыскания

Заделка трещин песком, если они неглубокие (выше ФПУ). Глубокие трещины заделываются при сниженном УВ несколькими способами:

- проходка траншей с последующей заделкой глинистым грунтом;

- создание «стены в грунте»;

- инъекцирование верхней части плотины

2

Вертикальные продольные наружные трещины на гребне ядра вблизи его верховой грани по контакту с переходными зонами

Визуальные наблюдения, измерение осадок ядра со стороны верхнего (осадка больше) и нижнего (осадка меньше) бьефа

Значительная осадка верховой призмы во время первого заполнения водохранилища или землетрясения

Инженерно-геологические изыскания. Поверочные расчеты осадок

Заделка песком неглубоких трещин, проход траншеи и заделка глубоких трещин (при сниженном уровне воды в бьефе)

3

Продольные трещины откола большой протяженности при значительных горизонтальных смещениях и деформации нижней части откоса, развитие трещин в течение короткого времени

Визуальные наблюдения; показания пьезометров

- увеличение нагрузок на гребне;

- подъем поверхности депрессии;

- сейсмические воздействия;

- температурные воздействия (промерзание - оттаивание);

снижение прочностных свойств грунтов в теле плотины и основании

- фильтрационные исследования;

- инженерно- геологические исследования;

- температурные расчеты;

- расчеты устойчивости

Ремонт низовой части плотины (пригрузка, создание дренажа, уположение откоса)

4

Наличие воронок и просадок на гребне грунтовой плотины с ядром, увеличение фильтрационного расхода

Визуальные наблюдения

Внутренние горизонтальные трещины отрыва

Дополнительные инженерно-геологические изыскания с бурением скважин с целью установления мест отрыва

- снижение уровня воды в водохранилище;

- цементация-инъекция;

- создание «стены в грунте»

5

Внутренние продольные горизонтальные трещины при наличии в основании сильносжимаемых грунтов

Визуальные и инструментальные наблюдения увеличивающегося фильтрационного расхода при первом заполнении

Разница в величине осадок на неоднородном основании с сильносжимаемыми слоями

Анализ данных изысканий. Дополнительные инженерно -геологические изыскания

- полная сработка водохранилища;

- инъекция основания

6

Внутренние продольные горизонтальные трещины в поверхностной зоне плотины

Визуальные наблюдения ходов сосредоточенной фильтрации

Промерзание поверхностной толщи грунта при незавершенных осадках

Уточнение места деформаций. Дополнительные инженерно -геологические изыскания с бурением скважин, использованием геофизических методов т.п.

- сработка водохранилища;

- разработка траншеи в месте выхода сосредоточенного фильтрационного потока и заделка грунтом;

- инъекция

7

Выход фильтрационных вод на низовой откос

Визуальные наблюдения, показания пьезометров

Образование слабофильтрующих слоев в теле плотины

Фильтрационные исследования, расчеты устойчивости

- устройство наслонного дренажа;

- укрепление откоса

8

Заиление обратных фильтров дренажей

Показания пьезометров перед дренажом (уменьшение разности уровней воды в дренаже и ближайшем пьезометре)

Заиление обратных фильтров

Фильтрационные исследования

Ремонт или замена дренажа

9

Разрушение бетонного крепления верхового откоса, швов между плитами

Визуальные наблюдения деформаций плит, их разрушений, выноса материалов подготовки из-под плит

Температурные и гидродинамические воздействия при сработке водохранилища, волновые воздействия

Оценка состояния отдельных участков крепления для решения вопроса о целесообразности его ремонта или замены

- сработка водохранилища;

- разборка разрушенных участков крепления;

- замена крепления или его ремонт, сопряжение с сохранившимися участками

Сведения о разработчиках

Разработаны ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" совместно с филиалом ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - "Институт Гидропроект", ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - Филиал "Институт Ленгидропроект", ОАО «НИИЭС», ОАО «СибНИИГ», Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПб ГПУ), ООО «Гидроспецпроект» и ГУГНПЦ «Ленводпроект».

Исполнители:

от ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" - Беллендир Е.Н. - д.т.н., Сольский СВ. докт. техн. наук, Глаговский В.Б. докт. техн. наук, Сапегин Д.Д. док. техн. наук, Гольдин А.Л. док. техн. наук, Радченко В.Г. канд. техн. наук, Караваев А.В. инж., Чугаева Г.А. инж., Павчич М.П. инж., Липовецкая Т.Ф. инж., Кривоногова Н.Ф. канд. геол.-мин. наук, Каган А.А. док. геол.-мин. наук, Кузнецов B.C. канд. техн. наук, Стулькевич А.В. инж., Бодрова А.В. инж., Филиппова Е.А. канд. техн. наук;

от ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - "Институт Гидропроект" - Новоженин В.Д. канд. техн. наук, Парабучев И.А. док. геол.-мин. наук, Зарецкий Ю.К. док. техн. наук, Моисеев И.С. канд. техн. наук;

от ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - Филиал "Институт Ленгидропроект" -

Суслопаров В.А. инж., Серов А.А. инж.;

от ОАО «НИИЭС» - Семенов И.В. канд. техн. наук; Щербина В.И. канд. техн. наук;

от ОАО «СибНИИГ» - Максимов И.А. канд. техн. наук, Мухетдинов Н.А. канд. техн. наук;

от СПб ГПУ - Кузьмин С.А. док. техн. наук, Телешев В.И. канд. техн. наук;

от ООО «Гидроспецпроект»: Воскресенский В.М. инж.; Малышев Л.И. док. техн. наук;

от ГУГНПЦ «Ленводпроект»: Кузнецов В.Н. инж.

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ГЭС И ГАЭС.
УСЛОВИЯ СОЗДАНИЯ.
НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЯ
Книга 2

Приложение В
(обязательное)

Правила проектирования бетонных и железобетонных плотин

Введение

Настоящее приложение устанавливает обязательные требования, выполнение которых позволяет обеспечить прочность и устойчивость плотин, пропускную способность водосбросных сооружений; принципы конструирования плотин; расчетные схемы и расчетные зависимости, которыми необходимо руководствоваться в процессе проектирования; основные положения по обеспечению безопасности плотин.

Выполнение этих требований обеспечивает нормальное функционирование плотин в течение срока их службы.

Настоящее приложение разработано в развитие указаний СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения».

1 Область применения

Требования настоящего приложения распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых бетонных и железобетонных плотин, энергетических гидроузлов и систем борьбы с наводнениями, а также гидроузлов комплексного назначения.

При проектировании бетонных и железобетонных плотин, предназначенных для строительства в сейсмических районах, в условиях распространения просадочных, набухающих и закарстованных грунтов, в северной строительно-климатической зоне (ССКЗ) и приравненных к ней по природно-климатическим условиям районам (например, высокогорные районы) надлежит учитывать дополнительные требования, предъявляемые к таким сооружениям соответствующими нормативными документами.

2 Нормативные ссылки

Раздел 2 «Нормативные ссылки» Стандарта.

3 Термины и определения

Раздел 3 «Термины и определения» Стандарта.

4 Общие положения

4.1 В зависимости от конструкции и технологического назначения бетонные и железобетонные плотины подразделяются на основные виды, приведенные в таблице В.1.

Вид, конструкцию и местоположение бетонных и железобетонных плотин в створе гидроузла, а также методы их возведения следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом: топографических, инженерно-геологических, гидрогеологических, геокриологических, геодинамических, в том числе сейсмических и климатических условий района строительства, условий пропуска строительных и эксплуатационных расходов воды, льда и плавающего сора, выбранного (в соответствии с 4.3 настоящего приложения) принципа строительства (для районов распространения многолетней мерзлоты), сейсмичности района, компоновки гидроузла, примыкания плотины к берегам и другим сооружениям, сроков и общей организации строительства (включая возможности каскадного строительства), наличия местных строительных материалов и условий эксплуатации плотин и других сооружений гидроузла, экологических требований, эстетических соображений, социальных вопросов.

4.2 На скальных основаниях в условиях широких створов (при lch/h ≥ 10, где lch - ширина ущелья по хорде на уровне гребня плотины, h - высота плотины) надлежит проектировать бетонные гравитационные и контрфорсные плотины, а в условиях узких створов (при lch/h ≤ 5) предпочтение должно отдаваться арочным и арочно-гравитационным, а также гравитационным, пространственно работающим плотинам. При 5 < lc/h < 10 на альтернативной основе могут рассматриваться бетонные плотины разных видов: гравитационные, контрфорсные, арочно-гравитационные и арочные.

Таблица