МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве»

Методическое пособие

ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МОСТОВ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

Москва, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

1    Область применения................................................................................................5

2    Нормативные ссылки...............................................................................................5

3    Термины и определения..........................................................................................6

4    Основные положения...............................................................................................6

5    Расположение мостов............................................................................................24

6    Основные требования к конструкции..................................................................35

7    Нагрузки и воздействия.........................................................................................77

8    Расчеты на сейсмостойкость.................................................................................96

Приложение А (справочное). Антисейсмические устройства мостов............1044

Приложение Б (справочное). Гашение энергии колебаний мостов............... 12626

Приложение В (справочное). Определение сейсмической нагрузки от масс

сооружения при неравномерном распределении переносных ускорений......1344

Приложение Г (справочное). Сведения о типовых конструкциях балочных

разрезных пролетных строений...........................................................................1411

Приложение Д (справочное). Примерное техническое задание на проектирование станции инженерно-сейсмометрической службы на

железнодорожном мосту........................................................................................147

Приложение Е (справочное). Алгоритм «Сейна» определения сейсмической нагрузки и напряженно-деформированного состояния опор

мостов при землетрясениях....................................................................................149

Приложение Ж (справочное). Динамические характеристики мостов......... 15760

Приложение И (справочное). Оценки параметров колебаний грунта в

сейсмических шкалах..............................................................................................160

Приложение К (справочное). Давление грунта насыпи на устой......................165

Приложение Л (справочное). Динамические расчеты балочных пролетных

строений мостов как пространственных систем..................................................168

Приложение М (справочное). Влияние трещин в железобетонных стойках

опор на амплитуды колебаний подферменных плит при землетрясениях.......176

Приложение Н (справочное). Усиление мостов в сейсмических районах........183

Приложение П (справочное). Социальные потери от землетрясений...............194

Приложение Р (справочное). Учет податливости рессор подвижного состава при определении сейсмической нагрузки на мост и находящийся

на мосту поезд.........................................................................................................197

Библиография..........................................................................................................199

2

Таблица 4.2 - Классификация объектов транспортного строительства по сейсмостойкости

Класс сейсмостойкости объектов Номенклатура объектов 1 2 I - допустимый сейсмический риск от 1% до 2,5% Наиболее крупные и капиталоемкие объекты на железных и автомобильных дорогах категории II и выше, на скоростных городских дорогах, линиях метрополитена и скоростного монорельсового транспорта: балочные, арочные и рамные мосты с пролетами более 150 м; виадуки с опорами над поверхностью грунта высотой более 50 м; мосты, эстакады, подводные тоннели, тоннели и станции метрополитена, горные тоннели и лавинозащитные галереи длиной более 500 м, многоярусные транспортные развязки с организацией движения в трех и более уровнях. Висячие и вантовые мосты через большие реки, морские проливы и заливы с главными пролетами более 300 м на дорогах всех категорий. II - допустимый сейсмический риск 5% Мосты через водотоки, виадуки, эстакады, путепроводы, транспортные развязки, тоннели, галереи (кроме сооружений, отнесенных к объектам класса сейсмостойкости I), подпорные стены, водопропускные трубы, пешеходные мосты и тоннели, пассажирские платформы, насыпи и выемки, возводимые на железных и автомобильных дорогах категории II и выше, а также на скоростных городских дорогах, магистральных улицах (проспектах) общегородского значения, линиях метрополитена, трамвая и скоростного монорельсового транспорта. Опоры контактной сети на железных дорогах категории II и выше. III - допустимый сейсмический риск 10% Мосты через водотоки, виадуки, эстакады, путепроводы, транспортные развязки, тоннели и галереи, подпорные стены, водопропускные трубы, пассажирские платформы, пешеходные мосты и тоннели, насыпи и выемки, сооружаемые на железных и автомобильных дорогах категорий III и IV, а также на магистральных городских дорогах (улицах) районного значения. Опоры контактной сети на железных дорогах категорий III и IV.

К п.4.4. Для наиболее крупных и капиталоемких объектов допустимый сейсмический риск принят в интервале от 1 до 2,5% в связи с тем, что карта С общего сейсмического районирования, соответствующая 1% риску, устанавливает 10-балльную сейсмическую опасность для многих (более 300) населенных пунктов на Северном Кавказе, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Строительство транспортных сооружений в 10-балльных районах требует громадных материальных и финансовых затрат, поскольку максимальные ускорения колебаний грунта при толчках силой 10 баллов приближаются по величине к ускорению силы тяжести, а амплитуда колебаний покровных отложений достигает 0,5 и более метра. Такие воздействия, помимо обычных антисейсмических мероприятий, требуют применения специальных инженерных решений. При этом стоимость защиты от землетрясения может быть сопоставима со стоимостью объекта в обычном (несейсмостойком) исполнении.

и

Однако даже исключительные по объему, стоимости и тщательности исполнения мероприятия по усилению конструкций и укреплению грунтов не исключают возможности разрушения мостов и других сооружений транспортного назначения в местах выхода на поверхность тектонических разрывов, тектонического опускания местности по берегам морей, озер и водохранилищ, наката на берег цунами большой высоты, образования катастрофических оползней, обвалов, селей и других эффектов 10-балльных землетрясений.

В связи с этим допустимый сейсмический риск для объектов класса сейсмостойкости I в соответствующих случаях может быть повышен, но не более чем до 2,5% за интервал времени 50 лет (средняя частота землетрясений расчетной силы один раз за 2000 лет). Основанием для выбора допустимого сейсмического риска при проектировании мостов класса сейсмостойкости I служат специальные сейсмотектонические и сейсмологические исследования, выполняемые согласно СП 269.1325800.2016, а также мировой опыт строительства мостов в сейсмических районах.

4.5 Класс сейсмостойкости объектов транспортного строительства определяется по таблице (4.2). Решение о выборе уровня антисейсмической защиты объектов, не включенных в таблицу (4.2), принимается по представлению генерального проектировщика, согласованному с заказчиком.

П римечание - Класс сейсмостойкости сооружения должен учитываться:

-    при выборе карты общего сейсмического районирования;

-    при уточнении исходной сейсмичности и сейсмическом микрорайонировании участка строительства;

-    при разработке видов и объемов антисейсмических мероприятий;

-    при организации научно-технического сопровождения проектируемых сооружений;

-    при организации инструментального сейсмического и сейсмотектонического мониторинга на стадии эксплуатации сооружения.

К п.4.5. Критериями для отнесения мостов, не включенных в таблицу 4.2, к одному из трех возможных классов требуемой сейсмостойкости, а также для принятия допустимого сейсмического риска при разработке специальных технических условий на проектирование отдельных сооружений, являются возможные

опасные социальные, экономические и экологические последствия разрушения объекта при землетрясении.

Опасность последствий разрушения объекта зависит от его размеров (длины моста, высоты опор, величины наибольшего пролета), стоимости моста, категории дороги, возможности нарушения движения на пересекаемых морских, речных и сухопутных путях сообщения, времени восстановления разрушенного моста, наличия дублирующих дорог и возможности их использования при организации движения по временной схеме.

При определении класса сейсмостойкости сооружений в упомянутых случаях допускается использовать отечественный и зарубежный опыт проектирования мостов в сейсмических районах.

Пример 4.1. В г. Владивостоке построен вантовый мост через пролив Босфор Восточный. Мост соединяет континентальную часть города с о. Русский. Для моста выбрана вантовая двухпилонная система с центральным пролетом 1104 м и пилонами высотой 324 м. Общая длина моста, включая эстакады, около 3,1 км, подмостовой габарит 70 м, движение автомобилей предусмотрено по четырем полосам, глубина фарватера под мостом 50 м.

Размер главного пролета и высота железобетонных пилонов позволяют отнести мост через пролив Босфор Восточный к уникальным сооружениям в классе вантовых мостов. При проектировании таких объектов на первое место выдвигаются требования безопасности, в том числе за счет уменьшения природных рисков.

При проектировании моста выполнялись специальные инженерно-сейсмологические работы. Рассмотрены мелкофокусные землетрясения в пределах южной части Приханкайско-Приморской впадины и ее ближайшего горного обрамления, а также подземные толчки с эпицентрами на дне Японского моря. Для расчета конструкций моста на стадии эксплуатации учитывалась сейсмическая нагрузка, соответствующая риску 1% за интервал времени 50 лет. Среднее значение периода повторения расчетных землетрясений Т = 5000 лет принято с учетом ограниченного числа инструментально подтвержденных сейсмических событий на территории в радиусе 100-150 км от Владивостока.

13

Пример 4.2. Висячий автодорожный мост пропускающий шесть полос движения через пролив Золотые Ворота в Сан-Франциско (США), построен в 1937 г. Общая длина моста 2790 м, величина центрального пролета 1280 м, высота пилонов 227 м. Стоимость перехода 1,4 млрд долл. США [69].

Мост расположен в 10 км от разлома Сан-Андреас. В 1906 г. в результате подвижки по этому разлому был разрушен г. Сан-Франциско. Выполненный в начале 1990-х годов анализ показал, что конструкции моста недостаточно прочны, чтобы выдержать землетрясение, подобное случившемуся в 1906 г.

На основании сейсмологического прогноза установлены характеристики сейсмического воздействия, соответствующего толчкам, повторяющимся в створе моста с интервалом от 1000 до 2500 лет (наибольшее ускорение грунта 0,65^, скорость 110 см/с, перемещение 55 см, длительность колебаний 60-90 с).

С учетом полученных параметров воздействия разработан проект и выполнено усиление моста. После усиления риск разрушения моста в течение ближайших 50 лет оценивается в размере от 2 до 5%, т.е. расчетные землетрясения повторяются через 1000-2500 лет. Стоимость работ по усилению несущих конструкций около 175 млн долл. США.

Пример 4.3. Вантовый автодорожный мост через Коринфский пролив в Греции имеет длину в пределах пролива 2252 м и два подхода на берегах длиной 392 и 239 м. Ширина моста 27,2 м рассчитана на пропуск автомашин по четырем полосам, размещения полос безопасности, ограждений и креплений вант [41].

В створе моста исключительно сложные природные условия: глубина пролива до 65 м, слабые отложения на дне с залеганием коренной породы на глубине более 500 м ниже поверхности дна, возможность разрушительного землетрясения и тектонических подвижек в месте перехода.

Вантовый мост в центральной части перехода включает четыре пилона. Фундаменты пилонов бетонные с круглой в плане нижней частью диаметром 90 м. Ниже подошвы фундаментов несущая способность грунта увеличена погружением стальных оболочек длиной от 25 до 30 м диаметром 2 м, расположенных с шагом 7-

14

8 м. Выше голов свай уложен слой песка, гравия и щебня толщиной 5 м, на который опирается подошва фундаментов пилонов.

Верхние части пилонов устроены в виде пространственных железобетонных рам с четырьмя наклонными стойками и стальными оголовками в зоне анкеровки вант. Пролетное строение выполнено в виде сталежелезобетонной неразрезной конструкции, поддерживаемой вантами. Деформационные швы по концам пролетного строения рассчитаны на перемещения вдоль оси моста в размере 2,5 м при обычных условиях эксплуатации и 5,0 м в случае расчетного сейсмического воздействия.

Расчеты на сейсмостойкость выполнялись с учетом землетрясения, повторяющегося в среднем через 2000 лет, т.е. исходя из риска 2,5% за 50 лет эксплуатации. Соответствующее пиковое значение ускорения колебаний грунта а_гр = 0,48^, наибольшее ускорение колебаний осциллятора с периодом от 0,2 до 1,0 с равно 1,2^. Предполагается, что после расчетного землетрясения мост будет способен пропускать аварийную технику. Стоимость перехода, сданного в эксплуатацию в 2004 г., равна 750 млн евро.

Пример 4.4. Висячий мост через эстуарий р. Тежу в Лиссабоне (Португалия), построенный в 1966 г., имеет центральный пролет 1013 м и два боковых пролета по 483 м каждый. Неразрезная ферма жесткости длиной 2271 м перекрывает также берега реки. Фундаменты пилонов заложены на скальном грунте. Высота пилонов над водой 190 м [46].

В 1992 г. разработан проект реконструкции мостового перехода для пропуска по низу ферм поездов и по уширенной плите проезжей части в уровне верха ферм автомобилей по шести полосам движения. Для усиления несущих конструкций установлены вторые кабели и внесены другие необходимые изменения.

Мост проверялся на сейсмическое воздействие из удаленного источника с частотой повторения один раз за 2000 лет. Предполагалось, что редкие толчки могут повредить мост при условии сохранения возможности исправить повреждения после землетрясения.

15

Наибольшее ускорение колебаний скального грунта в створе моста при землетрясении расчетной силы принято 0,15^, длительность колебаний 55 с. Сейсмический риск превышения расчетных параметров колебаний грунта 2,5% за 50 лет эксплуатации. Стоимость реконструкции перехода, включая виадук на подходе к висячему мосту, определена в 320 млн долл. США. Движение по мосту после реконструкции открыто в 1998 г.

Пример 4.5. Комбинированный автодорожный мост, состоящий из двух частей, состыкованных в центральном пролете, построен в Дубровнике (Хорватия). Мост длиной 518 м пересекает узкий пролив шириной около 300 м. Проезжая часть моста пропускает автомашины по двум полосам движения [68].

На восточном берегу пролива расположены пилон и устой вантового моста. Высота пилона 141,5 м. Пилон выполнен в форме буквы А из железобетона, предварительно напряженного в зоне заделки вант. Наклонные стойки пилона коробчатого поперечного сечения с толщиной стенок до 60 см. Пролетное строение выполнено в виде двух стальных главных балок, объединенных ветровыми связями и железобетонной плитой проезжей части. Схема пролетного строения вантовой части моста 244+80,7 м. Часть вант берегового пролета заделана в устой из железобетона с фундаментом из буровых свай. Внутренняя полость анкерного устоя заполнена камнем.

На западном берегу пролива расположены промежуточная опора и устой рамно-консольной части моста. Пролетное строение (береговая часть и консоль) выполнено из напряженного железобетона по схеме 87,35+60,05 м, имеет коробчатое поперечное сечение высотой от 8,2 м над промежуточной опорой до 3,2 м над устоем. Высота опоры из напряженного железобетона над обрезом плиты фундамента около 40 м. Тело опоры коробчатое с внешними размерами 8,0 х 5,0 м.

Рамная и вантовая части моста соединены стыком в центральном пролете. Конструкция стыка допускает передачу нагрузки в вертикальном и горизонтальном направлениях при свободе относительных перемещений вдоль оси пролетного строения. Для предотвращения ударов и гашения колебаний на мосту установлены

резиновые буферы и два гидравлических демпфера с реакцией на сейсмические колебания 200 тс каждый.

Мост расположен в сейсмически опасной зоне. Ускорение колебаний грунта при расчете моста принято равным 0,35д, что соответствует периоду повторения землетрясений Т = 500 лет, т.е. сейсмический риск для моста равен 10% за период времени 50 лет. Мост сдан в эксплуатацию в 2002 г. Стоимость сооружения 25 млн евро.

Пример 4.6. Городской мост в Шанхае (КНР) имеет один из самых длинных арочных пролетов (550 м) в мире [56]. Стрела арок 100 м, подмостовой габарит 340x46 м, боковые пролеты длиной 100 м каждый. Арки выполнены стальными коробчатого поперечного сечения с ездой посередине. Распор воспринимается натяжением канатов в уровне проезжей части. Расстояние между пятами арок увеличено по сравнению с расстоянием между арками в замке с целью повысить устойчивость моста.

Опоры с фундаментами на вертикальных сваях, усиленных в верхней части стальными оболочками для уменьшения горизонтальных перемещений. Кроме того, характеристики грунтовых массивов вокруг фундаментов двух основных опор улучшены с помощью устройства грунто-цементных свай диаметром 700 мм.

Шанхай расположен в районе сейсмичностью 7 баллов (наибольшие ускорения колебаний среднего по сейсмическим свойствам грунта 0,1 от ускорения свободного падения). Учитывая большие размеры сооружения, были проведены специальные инженерно-сейсмологические исследования. На прочность и устойчивость мост проверялся исходя из силы толчков, повторяющихся в среднем с интервалом один раз за 3283 года (риск около 1,5% за 50 лет).

Деформационные швы по концам арочной системы общей длиной 750 м рассчитаны на перемещения 200 мм каждый. Для ограничения амплитуды колебаний концевых диафрагм установлены демпферы.

Общая стоимость арочной части моста 78 млн американских долларов. Начало эксплуатации перехода 2003 г.

17

4.6    Исходную сейсмичность района (пункта) строительства для сооружений классов сейсмостойкости I, II и III следует определять исходя из средней частоты (повторяемости) землетрясений расчетной силы один раз за 5000 лет, один раз за 1000 лет и один раз за 500 лет соответственно. Исходную сейсмичность устанавливают по картам общего сейсмического районирования ОСР-2015 в целых баллах шкалы MSK-64.

К п.4.6. Для мостов на городских дорогах, железнодорожных мостов в пределах границ города, мостов на линиях метрополитена исходная сейсмичность пункта строительства определяется по списку населенных пунктов Российской Федерации, расположенных в сейсмических районах. В этом списке сейсмичность указана в баллах шкалы MSK-64 для средних грунтовых условий и трех степеней сейсмического риска: А (10%), В (5%), С (1%) в течение 50 лет. При проектировании мостов в качестве эталонной характеристики средних по сейсмическим свойствам грунтов принимается сейсмическая жесткость p₃V_S3 = 655 (г/см³) (м/с).

4.7    Мероприятия по защите от землетрясений транспортных сооружений разрабатываются с уточнением исходной сейсмичности (УИС) района (пункта) строительства и с учетом результатов работ по сейсмическому микрорайонированию (СМР) участков расположения сооружений.

К п.4.7. Правила уточнения исходной сейсмичности (УИС) и сейсмического микрорайонирования (СМР) при изысканиях мостов изложены в СП 269.1325800.2016.

4.8    Для объектов транспортного строительства антисейсмические мероприятия должны предусматриваться при расчетной сейсмичности 7 баллов и более. Для сооружений классов сейсмостойкости II и III расчетная сейсмичность принимается не более 9 баллов шкалы MSK-64.

К п.4.8. Требования и.4.8 учитывают данные обследования дорожных сооружений после землетрясений в Азербайджане (1981 г.), Армении (1988 г.), Грузии (1986 г.), Киргизии (1978 г.), Молдавии (1986 г.), Российской Федерации (1970, 1975, 1995 и 2007 гг.), Таджикистане (1984 и 1985 гг.), Туркмении (1895 и 1948 гг.), Узбекистане (1966 и 1984 гг.) и других событий силой в эпицентре от 7 до 10 баллов

18

[15, 30]. Всего полевыми работами охвачены более 100 мостов через водотоки, путепроводов, эстакад, виадуков и пешеходных мостов. Полученная выборка включает мосты разных систем, в том числе балочные (разрезные и неразрезные), рамные, арочные и висячие. Величина перекрываемых пролетов обследованных сооружений колеблется от нескольких метров (малые железобетонные мосты) до более 100 м (металлические мосты на железных дорогах, висячие мосты на автомобильных дорогах).

Повреждения мостов при толчках силой 7-9 баллов отмечены в сооружениях, составляющих примерно 30% выборки. Толчки силой 6 баллов не вызывали необходимость введения ограничений на движение по мостам, находившимся до землетрясения в работоспособном состоянии.

Тяжелые повреждения мостов на железных и автомобильных дорогах наблюдались в нескольких случаях при землетрясениях силой 9-10 баллов. Однако на территории Российской Федерации толчки силой более 9 баллов происходят, как правило, реже чем один раз за 500-1000 лет, поэтому при проектировании мостов классов сейсмостойкости II и III землетрясения силой более 9 баллов не учитываются.

На основании данных обследований и сведений о сейсмическом режиме евроазиатского континента в пределах государственной границы Российской Федерации расчетная сейсмичность для мостов классов сейсмостойкости II и III принята в интервале значений от 7 до 9 баллов шкалы MSK-64.

4.9    При разработке проектной документации на капитальный ремонт и (или) реконструкцию транспортных сооружений, расположенных в сейсмических районах, следует учитывать требования СП 268.1325800.

К п.4.9. Указание п.4.9 соответствует статье 5 Федерального закона Российской Федерации №384-Ф3 [1]. Примеры усиления мостов при капитальном ремонте и (или) реконструкции приводятся в приложении Н к настоящему Пособию.

4.10    При проектировании сооружений класса сейсмостойкости I на участках сейсмичностью 9 баллов и более необходимые исследования и мероприятия обеспечиваются с учетом требований [1].

19

К п.4.10. Согласно п.8 статьи 6 Федерального закона №384-Ф3 [1] в случаях, если для подготовки проектной документации требуется отступление от требований, установленных Сводом правил, или имеющихся требований недостаточно, или они не установлены, подготовка проектной документации осуществляется в соответствии со специальными техническими условиями, разрабатываемыми и согласовываемыми в порядке, установленном уполномоченным федеральным органом исполнительной власти.

4.11 Требования к сейсмостойкости сооружений по 4.10 должны быть обоснованы исследованиями надежности и эффективности специальных конструкций антисейсмической защиты, обеспечивающих прочность и устойчивость несущих конструкций объекта при расчетном землетрясении.

К п.4.11. Надежность и эффективность средств антисейсмической защиты грунтов в основаниях опор и несущих конструкций мостов, включая укрепление слабых грунтов цементацией или погружением свай, усиление конструкций углепластиком или металлическими оболочками, применение гасителей колебаний и других антисейсмических устройств, проверяется в лабораторных и в полевых условиях геофизическими методами и механическими испытаниями, в том числе с помощью взрывов большой мощности.

Пример 4.7. При строительстве путепроводов и виадуков в районах сейсмичностью 9-10 баллов применяются рамные железобетонные опоры, состоящие из фундамента и надстройки в виде наклонных столбов диаметром 0,8 м, объединенных поверху монолитной насадкой. Испытание рамной опоры в натуре выполнено с помощью взрыва большой мощности при строительстве Байкало-Амурской магистрали [23].

Фрагмент моста, состоящий из одноярусной рамной опоры со столбами длиной 15 м и массивной опоры с фундаментом мелкого заложения, возведен в бывшем карьере по добыче полускальных грунтов для отсыпки железнодорожных насыпей. Опоры рассчитаны на сейсмическое воздействие силой 9 баллов. Металлическое пролетное строение длиной 34,2 м заменено при испытаниях металлическим пакетом длиной 17 м с установленными на нем бетонными блоками. На рамной опоре

20

Предисловие

Настоящее Пособие составлено ООО «Инженерный центр «Проектирование, обследование, испытание строительных конструкций» (ООО «ИЦ «ПОИСК») в развитие разделов 4 и 8 СП 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования».

В Пособии приводятся разъяснения и детализация требований к проектированию мостов посредством включения в Пособие теоретических выкладок, результатов испытаний конструкций на моделях и в натуре, данных обследования мостов в районах разрушительных землетрясений, примеров конструктивных решений, применяемых при строительстве мостов в Российской Федерации, а также ссылок на зарубежный опыт строительства, включая правила проектирования мостов в сейсмических районах.

Порядок выполнения включенных в Пособие положений для наглядности сопровождается примерами определения динамических характеристик мостов (частот и форм собственных колебаний, декрементов колебаний), нахождения сейсмических нагрузок от масс сооружений, рекомендациями по нахождению сейсмического давления грунта насыпей подходов на устои и воды (разжиженного грунта) на промежуточные опоры в водоемах.

В Пособии использован следующий порядок нумерации: первое число номера обозначает раздел Пособия, второе число (после точки) - соответствующий порядковый номер пункта, таблицы, формулы, рисунка в разделе.

Кроме комментариев к пунктам Свода правил СП 268.1325800, Пособие содержит справочные приложения, а также библиографию, позволяющую при необходимости обращаться к первоисточникам информации, использованной при разработке Пособия.

Для удобства использования в Пособии приведен текст пунктов СП 268.1325800 и приложений А, Б, В к нему, относящихся к проектированию мостов на железных, автомобильных и городских дорогах. Эти материалы выделены на

з

поставлена продольно-неподвижная опорная часть, на массивной опоре опорная часть допускает продольные перемещения пакета относительно опоры.

Основное взрывное поле удалено на 20-85 м от фрагмента моста. Взрывчатое вещество закладывалось в скважины глубиной 20 м с уширением скважин в месте размещения заряда. Масса заряда в скважинах от 300 до 500 кг. Общая масса зарядов 46,7 т, в том числе масса зарядов пробных взрывов 11,3 т и при основном взрыве - 35,4 т.

С целью приближения колебаний грунта при взрыве к записям природных землетрясений взрывание начинали с наиболее удаленных зарядов. Одновременно взрывались заряды в 6-9 скважинах. Общая продолжительность процесса колебаний грунта с ускорениями не менее 0,4g составила 1,6 с.

Колебания грунта и конструкций записывались с помощью инженерносейсмометрической аппаратуры и тензодатчиков, установленных на столбах, фундаменте и насадке рамной опоры. В столбах регистрировались деформации бетона и продольной арматуры. Колебания также записывались на грунте (8 пунктов на расстоянии до 40 м от фрагмента моста), в нижней и верхней частях массивной опоры и в уровне пролетного строения. Всего запись велась на 163 каналах, включая 96 сейсмометрических и 63 тензоизмерительных.

Во время основного взрыва пиковые ускорения колебаний грунта достигали 50% ускорения свободного падения. Рамная и массивная опоры, выдержали взрывное воздействие без значительных повреждений.

4.12 В проектах транспортных сооружений класса сейсмостойкости I, возводимых на участках сейсмичностью более 9 баллов, следует предусматривать устройство стационарной станции инструментального сейсмического мониторинга, включая сейсмический мониторинг землетрясений, инженерно-сейсмометрический мониторинг реагирования конструкций на землетрясения, геодезический мониторинг деформирования грунта, обусловленного тектоническими процессами и землетрясениями.

Примечание — Инструментальный сейсмический мониторинг может включаться в программу работ станций технического мониторинга на транспортных объектах.

полях слева вертикальной чертой. В необходимых случаях нумерация пунктов, формул и таблиц СП 268.1325800 приведена к нумерации Пособия.

Пособие разработано по договору №01019/СИ-2 д. г.-м. и., проф. Г.С. Шестоперовым на основе многолетних обследований мостов, испытания моделей, теоретических исследований и опыта проектирования в сейсмических районах.

Мосты на Северном Кавказе и в Закавказье, на Сахалине, Камчатке и в Восточной Сибири, в Молдавии и республиках Средней Азии обследовались совместно с д. т. и. А.С. Платоновым, к. т. и. И.И. Казеем, к. т. и. В.А. Милениным, к. т. и. А.Б. Гроссманом, к. т. и. В.Г. Шестоперовым, инженерами А.Я. Штерном, С.Г. Шестоперовым и многими другими специалистами. Испытания моделей железобетонных конструкций выполнены с участием д. т. и., проф. А.И. Васильева. В Пособии учтены результаты расчета мостов на сейсмические нагрузки по программе, составленной совместно с к. т. и. Ю.М. Егорушкиным. В Пособии приведены примеры конструктивных решений мостов и антисейсмических устройств разработанных инж. Б.И. Федотовым и другими специалистами, а также примеры мостов в сейсмических районах зарубежной проектировки.

4

1 Область применения

1.1    Настоящее Пособие предназначено для использования при проектировании мостов на скоростных магистралях, магистралях с преимущественно пассажирским движением, особогрузонапряженных магистралях и железных дорогах категорий I-IV, на автомобильных дорогах общего пользования категорий I-IV, на линиях метрополитенов, на скоростных городских дорогах и магистральных улицах, пролегающих в районах сейсмичностью 6-10 баллов.

1.2    Пособие не распространяется на мосты, сооружаемые на железнодорожных путях с повышенными по сравнению с предусмотренными СП 119.13330 нагрузками от железнодорожного транспорта и на высокоскоростных дорогах.

Примечание — Особенности проектирования в сейсмических районах мостов на железнодорожных путях с повышенными осевыми и погонными нагрузками и мостов на высокоскоростных железных дорогах, предназначенных для движения пассажирских поездов со скоростями выше 200 км/ч, должны быть отражены в документах на проектирование упомянутых сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем Пособии использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

ГОСТ 14959-79 Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия.

ГОСТ 25100-2012 Грунты. Классификация.

ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

СП 14.13330.2014 «СНиП П-7-81* Строительство в сейсмических районах» (с изменением №1).

СП 22.13330.2011 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений».

СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты».

СП 119.13330.2012 «СНиП 32-01-95 Железные дороги колеи 1520 мм».

СП 34.13330.2012 «СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги»

СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы».

СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (с изменениями №1 и №2).

СП 268.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования.

СП 269.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила уточнения исходной сейсмичности и сейсмического микрорайонирования.

СП 270.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила оценки повреждений дорог при землетрясениях в отдаленных и труднодоступных районах.

3    Термины и определения

В настоящем Пособии применены термины, значения которых определены в ГОСТ 25100, ГОСТ 27751, СП 22.13330, СП 24.13330, СП 34.13330, СП 119.13330, СП 63.13330, СП 268.1325800, СП 269.1325800, СП 270.1325800.

4    Основные положения

4.1 Транспортные сооружения в сейсмических районах, грунты в полосе отвода и прилегающие склоны следует рассматривать как составные части единой природно-технической системы, подвергающейся при землетрясениях поражающим факторам (воздействиям) в виде сейсмических волн в грунте, вертикальных и горизонтальных перемещений крыльев разлома, тектонических разрывов земной поверхности, сейсмооползней, обвалов, снежных лавин, селевых и водно-песчаных потоков, разжижения грунта, цунами, затопления участков местности из-за ее

6

опускания или образования сейсмогравитационных и сейсмотектонических дамб в долинах рек и других сопровождающих землетрясения воздействий.

К п.4.1. Особенность бедствий, вызываемых катастрофическими землетрясениями, состоит в том, что процесс часто развивается как каскадный (триггерный), когда во время предыдущей фазы создаются условия для возникновения последующего опасного явления, обычно имеющего иную физическую сущность, т.е. процесс развивается как цепная реакция природно-технической системы на экстремальное воздействие.

К первой фазе относятся подвижки плит (блоков) земной коры с возможным выходом на поверхность тектонических разрывов и распространением из очага землетрясения сейсмических волн. Почти сразу или с задержкой на несколько часов (суток) сооружения попадают под воздействие обвалов, оползней, водно-песчаных потоков, снежных и земляных лавин, цунами. Отдельные участки суши затапливаются в результате тектонического опускания местности и нагона морской воды на прибрежные участки суши, а также образования озер при обвалах горной породы с крутых склонов в русла рек. При прорыве обвальных плотин возникают мощные селевые потоки.

Совместно с тектоническими и волновыми воздействиями вторичные поражающие факторы вызывают разрушение зданий и сооружений, повреждения плотин, отказы в системах жизнеобеспечения населенных пунктов, включая транспортную инфраструктуру, а также нарушения работы систем, обеспечивающих функционирование АЭС и других опасных производств. При этом возможен переход природного бедствия в техногенную катастрофу, включающую пожары и загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами. В этих условиях возникает необходимость в массовой эвакуации населения из района бедствия.

Следовательно, при планировании содержания и развития транспортной инфраструктуры в сейсмических районах, изысканиях и проектировании транспортных сооружений нужно рассматривать в развитии всю совокупность возможных поражающих факторов стихийного бедствия, их воздействия на техносферу, чтобы избежать катастрофических последствий землетрясения.

7

4.2 Мероприятия по защите транспортных сооружений, грунта строительных площадок и прилегающих склонов от землетрясений расчетной силы разрабатываются и осуществляются с целью минимизации социальных потерь, экономического и экологического ущерба посредством предотвращения отказа транспортной инфраструктуры, функционирование которой при чрезвычайных ситуациях необходимо для обеспечения спасательных, аварийных и неотложных восстановительных работ, для оказания всех видов помощи пострадавшему населению, включая возможную эвакуацию людей из района стихийного бедствия.

К п.4.2. Наибольшие суммарные людские потери от землетрясений с 1900 г. по 2009 г. были в Китае (около 650 тыс.), Индонезии (около 300 тыс.), Гаити (более 220 тыс.), России совместно с государствами, входившими в состав Российской империи и Советского Союза, (около 170 тыс.), Японии (более 160 тыс.), Иране (около 150 тыс.), Пакистане (около 125 тыс.), Италии (около 110 тыс.), Турции (около 85 тыс.), Перу (более 70 тыс.). Оценка возможных людских потерь от землетрясений в ближайшие десятилетия дана в приложении И.

Санитарные потери в районе отдельного разрушительного землетрясения огромны. Количество раненых в зоне стихийного бедствия может достигать нескольких сотен тысяч человек (Китай, 1976 г. - около 800 тыс. раненых; Гаити, 2010 г. - около 300 тыс. пострадавших). В среднем число раненых превышает количество погибших в три раза, однако это соотношение может сильно изменяться в зависимости от эффективности спасательных работ.

Из-за разрушения дорожных сооружений, в особенности мостов и тоннелей, транспортная доступность района стихийного бедствия оказывается сильно ограниченной, что в решающей степени влияет на эффективность спасательных работ и увеличивает число необратимых (летальных) исходов. Например, при проведении спасательных работ в Нефтегорске (Сахалин, 1995 г.) в первые сутки из каждых 100 пострадавших, извлеченных из-под развалин жилых домов, удавалось спасти 90 человек, а на пятые сутки - только 10 человек. На шестые и последующие сутки шансы на спасение уменьшаются до 1-2% [36].

8

При изысканиях и проектировании дорожных сооружений рекомендуется выполнять следующие требования, вытекающие из социальных последствий землетрясений:

-    дорожная сеть должна обеспечивать транспортную доступность района стихийного бедствия, т.е. возможность незамедлительного начала поисковых, спасательных и аварийно-восстановительных работ в зоне разрушительного землетрясения;

-    антисейсмические мероприятия при постройке искусственных дорожных сооружений и земляного полотна должны обеспечивать безаварийное движение транспорта в районе стихийного бедствия с допустимыми для проведения спасательных работ ограничениями по скорости и весу транспортных средств;

-    пропускная способность дорог с учетом ограничений должна быть достаточной для возможной срочной эвакуации населения из зоны стихийного бедствия в связи с данными краткосрочного геофизического прогноза о возможности повторения разрушительных толчков или из-за угрожающего состояния плотин, атомных электростанций и других подобных сооружений.

-    движение по мостам должно быть восстановлено в полном объеме спустя один месяц после разрушительного землетрясения.

4.3 Мероприятия по защите от землетрясений должны предусматриваться в таком составе и объеме, чтобы объект выдержал землетрясение расчетной силы и сопутствующие ему поражающие факторы без обрушения несущих конструкций и прилегающих склонов, а также без таких повреждений, которые могут стать причиной аварий транспортных средств или вызвать прекращение движения транспорта в результате землетрясения.

К п.4.3. Состав и объем антисейсмических мероприятий определяются в зависимости от поражающих факторов, которые могут воздействовать на сооружение, и от принимаемых при проектировании характеристик воздействий.

При проектировании мостов в соответствующих случаях рекомендуется учитывать поражающие факторы землетрясений в виде перечисленных в таблице 4.1

9

сейсмических и сейсмогравитационных нагрузок, перемещений грунта, изменения прочности, устойчивости и жесткости конструкций (грунта оснований).

Таблица 4.1- Поражающие факторы землетрясений

№ по порядку Наименование нагрузок и воздействий А. Сейсмические нагрузки 1 Силы инерции от масс сооружения и подвижного состава 2 Сейсмическое давление грунта насыпей подходов на устои 3 Сейсмическое давление воды и разжиженного грунта на речные опоры 4 Сейсмическое давление грунта покровных отложений на фундаменты опор глубокого заложения 5 Нагрузка от ударов смежных конструкций Б.Сейсмогравитационные нагрузки 6 Оползневое давление грунта на фундаменты опор и устои 7 Давление на опоры селей и лавин 8 Давление на опоры водно-песчаных потоков 9 Воздействие цунами 10 Воздействие сил трения на сваи при осадках грунта покровных отложений В. Перемещения грунта при землетрясениях 11 Тектонические разрывные перемещения по СП 270.1325800 12 Тектонические перемещения крыльев разлома 13 Вибрационные перемещения 14 Сейсмогравитационные перемещения (осадки, поднятия, горизонтальные перемещения грунта) Г. Изменение прочности, устойчивости и жесткости конструкций (оснований) 15 Изменение физико-механических свойств грунта 16 Изменение несущей способности фундаментов по грунту 17 Изменение прочности каменных и бетонных конструкций 18 Снижение жесткости железобетонных конструкций 19 Изменение прочности стальных и железобетонных элементов 20 Изменение устойчивости стальных и железобетонных элементов

4.4 Расчетное сейсмическое воздействие (расчетная сейсмичность) для объектов транспортного строительства определяется в зависимости от установленного в таблице 4.2 допустимого сейсмического риска при проектировании сооружения, сейсмической обстановки в районе (пункте) строительства, а также инженерно -геологических и геоморфологических условий на участке расположения сооружения или здания с учетом ограничений на расчетную сейсмичность, указанных в п.4.8.

П римечание - В зависимости от допустимого сейсмического риска транспортные сооружения подразделяются на три класса сейсмостойкости. Для сооружений класса сейсмостойкости I допустимый сейсмический риск принимается от 1% до 2,5%, для сооружений классов сейсмостойкости II и III величина допустимого сейсмического риска равна 5% и 10%, соответ-

ственно.

10