МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНИИПРОЕКТ

ВНИИГ ■«пи Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

ГИДРОПРОЕКТ «игша С. Я. ЖУКА

ГруяНИИЭГС

АКАДЕМИЯ НАУК ГРУЗИНСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ И СЕЙСМОСТОЙКОСТИ

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНИИПРОЕКТ

АКАДЕМИЯ НАУК ГРУЗИНСКОЙ ССР ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ И СЕЙСМОСТОЙКОСТИ

РУКОВОДСТВО ПО УЧЕТУ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

(Н разделу 5 главы СНиП Н-А. 12-69)

ЛЕНИНГРАД

1977

Руководство составлено в развитие раздела 5 «Гидротехнические сооружения» главы СНиП И-А.12-69. «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

В Руководстве даны рекомендации по учету сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений.

Руководство предназначается для инженерно-технических работников проектных, проектно-изыскательских и научно-исследовательских организаций, занимающихся проектированием и исследованиями гидротехнических сооружений, располагаемых в сейсмических районах.

© Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б. Е. Веденеева (ВНИИГ), 1977

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководство разработано в развитие раздела 5 «Гидротехнические сооружения» главы СНиП И-А.12-69 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования».

Текст главы СНиП И-А. 12-69, приводимый в Руководстве, отмечен на полях вертикальной чертой. К пунктам главы СНиП даются пояснения по их применению и примеры расчета для наиболее типичных случаев, встречающихся в практике проектирования. Нумерация формул, таблиц и рисунков двойная: в скобках даны номера, соответствующие СНиП. В приложениях к Руководству помещены вспомогательные материалы по исследованиям, расчетам и проектированию гидротехнических сооружений в сейсмических районах.

Руководство составлено доктором техн. наук О. А. Савиновым, канд. техн. наук Н. Д. Красниковым (ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева), чл.-корр. АН Груз. ССР Ш. Г. Напетваридзе (ИСМИС АН Груз. ССР), канд. техн. наук В. Ф. Иванищевым, инж. Я. И. Натариусом (Гидропроект им. С. Я. Жука), при участии докторов техн. наук П. П. Кульмача, И. С. Шейнина, инж. И. С. Калицевой (ВНИИГ), кандидатов техн. наук П. А. Гу-тидзе, Г. П. Мамрадзе (ГрузНИИЭГС).

Материалы для приложений представили доктора техн. наук П. И. Гордиенко, А. П. Кириллов, И. Л. Корчинский, С. Г. Шульман, кандидаты техн. наук Ю. К. Амбриашвили, И. Я. Вайнштейн, Т. Л. Гвелиси-ани, О. П. Квирикадзе, В. 3. Филиппенок, инженеры А. Н. Бирбраер, С. Ф. Живетии, Е. И. Сумченко, А. П. Троицкий, Л. М. Харькова, Т. С. Шах, Л. А. Эйслер. Кроме того, были представлены материалы ВНИИ ВОДГЕО, Дальморниипроектом ММФ, ЛПИ нм. М. И. Калинина, МГМИ и др.

Отзывы и замечания просьба направлять по адресу: 195220, Ленинград, Гжатская ул., 21, ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.

3

МИНИСТЕРСТВО	Руководство по учету гейгмичегких	П 56-76
ЭНЕРГЕТИКИ И	воздействий при проектировании
ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР	гидротехнических сооружений (к разделу 5 главы СНиП 1I-A.12-69)	ВНИИГ

5. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

5.1. Указания настоящего раздела распространяются на проектирование гидротехнических сооружений гидроэлектрических станций, водного (речного и морского) транспорта, мелиоративных систем и т. п. сооружений.

Примечание. Надводные части гидротехнических сооружений следует проектировать с учетом требований соответствующих разделов настоящей главы СНиП.

К п. 5.1. К перечисленным в этом пункте инженерным сооружениям относятся плотины, дамбы, водоприемные, водопроводящие и водосбросные сооружения (водоприемники, поверхностные и донные водосбросы, каналы, гидротехнические туннели, напорные трубопроводы), здания ГЭС, сооружения на деривационных трактах (отстойники, акведуки, напорные бассейны и др.), судопропускные сооружения (шлюзы, судоподъемники, направляющие и причальные сооружения), рыбопропускные устройства, берегоукрепительные сооружения, портовые сооружения (причальные пирсы и стенки, волноломы, доки и наливные камеры), подземные сооружения гидроэлектрических станций, гидротехнические сооружения тепловых и атомных электростанций.

Указания данного пункта не распространяются на взаимодействующие с водной средой сооружения или части сооружений железно- и автодорожного транспорта (например, опоры мостов), проектирование которых должно осуществляться по указаниям раздела 4 главы СНиП И-А. 12-69.

В примечании к п. 5.1 имеются в виду части гидротехнических сооружений или объекты гидротехнических комплексов, не взаимодействующие с водной средой.

Надводные части гидротехнических сооружений (надстройки, служебные здания, крановые эстакады, опоры линий электропередач и т. п.) проектируются по указаниям разделов 1—4 главы СНиП II-A.12-69. В случае размещения надводных частей на основных гидротехнических сооружениях или в контакте с ними в расчетах сейсмостойкости указанных частей учитывается воздействие, передаваемое со стороны основного сооружения.

5.2.    Основной задачей обеспечения сейсмостойкости гидротехнических сооружений является предупреждение возможности их разрушений или таких повреждений при землетрясениях, которые могут вызвать катастрофические последствия, заключающиеся в затоплении населенных пунктов, промышленных и других объектов, или привести к затруднению аварийно-восстановительных работ по ликвидации последствий землетрясений.

К п. 5.2. Пояснение к этому пункту приводится ниже вместе с пояснениями к п. 5.9.

5.3.    При проектировании подпорных гидротехнических сооружений III и IV классов, разрушение которых не приводит к катастрофическим последствиям, и безнапорных сооружений всех классов оценка сейсмичности площадок строительства производится по приложениям 1 и 2 к настоящей главе СНнП с учетом инженерно-геологических данных согласно табл. 1(13) (по согласованию с утверждающей проект инстанцией).

Таблица 1(13) Изменение интенсивности землетрясения в баллах на основании инженерно-геологических данных

Категория грунта по сейсмиче- Грунты основания Уточненная интенсивность при сейсмичности района, баллы екмм свойствам 7 8 9 1 Скальные и полускальные породы и крупнообломочные особо плотные грунты б 7 8 II Глины и суглинки твердые, крупнообломочные грунты, гравийно-галечные и крупнозернистые песчаные грунты 7 8 9 III Глины и суглинки мягко- и текучепластичные. пески средней крупности и мелкие 8 9 >9

Примечания: 1. В районах сейсмичностью 6 баллов уточненную сейсмичность площадок строительства подпорных гидротехнических сооружений, возводимых на грунтах III категории, следует принимать равной 7 баллам. 2. Строительство гидротехнических сооружений на грунтах III категории в районах сейсмичностью 9 баллов разрешается только при специальном обосновании.

К п. 5.3. Оценка сейсмической опасности для гидротехнических сооружений, на проектирование которых распространяются указания данного пункта, в принципе, производится так же, как и для всех объектов строительства, проектируемых по указаниям СНнП II-А. 12-69 (см. п. 1.4 и 1.5 этой главы) с той разницей, что для учета инженерно-геологических данных вместо табл. 1 следует пользоваться табл. 1(13), в которой влияние обводнения на изменение интенсивности землетрясения учтено соответствующим повышением сейсмичности площадок, сложенных грунтами III категории.

5.4. При технико-экономическом обосновании целесообразности проектирования и строительства подпорных сооружений всех классов определение сейсмичности площадок строительства производится согласно п. 5.3, при этом сейсмичность площадок строительства сооружений I класса повышается на 1 балл.

Технический и техно-рабочий проекты подпорных сооружений, кроме указанных в п. 5.3, следует разрабатывать, исходя из уточненной сейсмичности площадок строительства, устанавливаемой с учетом результатов специальных исследований, включающих:

а) изучение сейсмического режима площадки строительства и получение данных для расчета и проектирования сейсмостойких сооружений, их оснований и береговых склонов;

5

б)    выявление возможных зон возникновения остаточных деформаций оснований и оценку их величин для каждой зоны;

в)    выявление других видов сейсмической опасности, например, возможности обрушения в водохранилище больших масс горных пород, падения непосредственно на сооружение неустойчивых скальных массивов и др.;

г)    определение динамических деформационных и прочностных характеристик материалов сооружений и грунтов оснований с учетом изменения их свойств при обводнении;

д)    оценку возможных изменений сейсмичности площадки строительства после наполнения водохранилища.

К п. 5.4. Исследования, предусмотренные настоящим пунктом для сооружений I и II классов, проводятся при их размещении в районах сейсмичностью 6 баллов и выше. Состав и методы проведения этих исследований определяются особыми программами, разрабатываемыми проектирующей организацией или по ее заданию соответствующей специализированной организацией с учетом условий строительства и утверждаемыми вышестоящими инстанциями.

5.5.    Расчетная сейсмичность площадок строительства гидротехнических сооружений на период строительства снижается на один балл.

К п. 5.5. Указания настоящего пункта распространяются на временные и вспомогательные сооружения, не входящие в состав основных сооружений гидроузла, а также на основные сооружения гидроузла в процессе строительства, если они на этот период не участвуют в создании напорного фронта. Эти указания не распространяются на частично возведенные сооружения, относящиеся по своим показателям к I и II классам капитальности или участвующие в процессе строительства в создании подпорного фронта.

5.6.    При расчете гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия следует производить проверку прочности и устойчивости гидросооружений и их частей, оснований и береговых склонов как в створе сооружений, так и в зоне водохранилищ. В расчетах учитывается действие сейсмических нагрузок от масс сооружений, от присоединенных масс воды (или гидродинамического давления), от волн в водохранилище, вызванных землетрясением, и от динамического давления грунта.

Примечание. При проектировании подпорных сооружений 1 и II классов допускается проведение динамических расчетов с использованием акселерограмм. При этом динамические характеристики грунтов оснований и строительных материалов следует определять экспериментально.

К п. 5.6. Согласно основному содержанию данного пункта расчеты прочности и устойчивости производятся по указаниям соответствующих глав СНиП проектирования отдельных видов гидротехнических сооружений с учетом того, что сейсмические нагрузки входят в особое сочетание нагрузок и воздействий. При выполнении расчетов, указанных в примечании к данному пункту, прочностные характеристики бетона и арматуры на ранних стадиях проектирования могут приниматься по СНиП II-ИЛ4-69 с последующим уточнением на основе результатов соответствующих экспериментов.

Динамические деформационные и прочностные характеристики грунтов, скальных пород и местных строительных материалов на ранних стадиях проектирования могут приниматься по таблицам «Методических рекомендаций но определению динамических свойств грунтов, скальных пород и местных строительных материалов», П 01-72, МинЭнерго СССР с последующим их уточнением путем постановки экспериментальных исследований в соответствии с требованиями этих же рекомендаций.

5.7.    Скальные массивы, образующие береговые склоны, падение которых при землетрясении может вызвать повреждение основных соору-

6

жений гидроузла или образование волны перелива, повлечь за собой затопление населенных пунктов или промышленных предприятий, следует проверять на устойчивость.

К п. 5.7. Устойчивость скальных массивов, образующих береговые склоны, проверяется с учетом сейсмических инерционных нагрузок, определяемых по формуле 1(6) при рг^0,Л<*⁼1^о» коэффициент запаса устойчивости должен быть не меньше I. В случае проверки устойчивости скальных массивов на сейсмическое воздействие, заданное акселерограммой землетрясения, разрешается допускать остаточные смещения скальных блоков на величину, при которой они продолжают оставаться устойчивыми с учетом только статических нагрузок.

Примечание. Разрешается допускать остаточные смещения скальных блоков на величину, обеспечивающую их устойчивость при действии повторного землетрясения, интенсивностью на I балл меньше расчетного.

5.8. Наряду с расчетом гидротехнических сооружений I и II классов на сейсмические воздействия следует производить модельные исследования с целью уточнения частот и форм собственных колебаний, напряженного состояния и изучения возможных видов и условий разрушения сооружений и их оснований.

К п. 5.8. Целью модельных исследований является получение более полной по сравнению с расчетной информации о процессе деформирования гидротехнического сооружения при сейсмических воздействиях.

Определение частот и форм собственных колебаний, а также динамического напряженного состояния на упругих моделях целесообразно производить при сложных геологических и геоморфологических условиях створа, а также при сложной геометрии сооружения или необходимости учета его пространственной работы. Кроме того, для определения динамического напряженного состояния сооружений, размеры которых сопоставимы с длинами сейсмических волн, могут использоваться методы испытаний упругих моделей на волновое воздействие. Для этих исследований могут быть использованы методы ультразвукового моделирования, динамической фотоуиругости и испытаний с применением сейсмоплатформ или других вибровозбуднтелей.

Изучение на моделях возможных видов и условий разрушения, а также возникновения необратимых деформаций и смещений гидротехнических сооружений и их оснований, влияния нелинейных и пластических свойств материалов, трещинообразования, раскрытия межблочных и конструктивных швов и т. п., рекомендуется производить для наиболее ответственных подпорных сооружений, размещаемых в районах сейсмичностью 8 баллов и более.

Эти исследования производятся на крупномасштабных моделях и фрагментах сооружений с использованием сейсмоплатформ, сейсмовзрывных воздействий и т. п.

В каждом случае модельные исследования должны производиться при максимальном соблюдении условий моделирования, формы и размеров сооружения, механических свойств материалов и основных нагрузок.

5.9. При расчете гидротехнических сооружений допускается учитывать возможность появления остаточных деформаций и повреждений (осадок и смещений, трещин), не приводящих к катастрофическим последствиям, при условии, что эти деформации и повреждения могут быть устранены после землетрясения соответствующим ремонтом сооружения.

К п. 5.2 н 5.9. В соответствии с указаниями п. 5.2 главным требованием, предъявляемым к конструкции сейсмостойкого гидротехнического сооружения, является требование сохранения им при землетрясении и на достаточный для производства ремонта срок после землетрясения способности выполнять свою основную функцию: для плотин и других подпор-

1

ных сооружений — удержание напорного фронта, для водно-транспортных сооружений (оградительных, причальных, судоподъемных, шлюзов и др.)—обеспечение возможности выполнения всех транспортных операций, необходимых для спасения людей и ценного имущества во время землетрясения, осуществления аварийно-восстановительных работ после него, обеспечения бесперебойного снабжения объектов народно-хозяйственного значения и т. д.

Остаточные деформации и повреждения гидротехнических сооружений при землетрясениях могут допускаться там и в таких размерах, где они не смогут препятствовать выполнению указанного основного требования. Так, при наличии специального обоснования и детальной проверки соответствующим расчетом разрешается допускать при проектировании возможность:

подвижек скальных массивов, образующих береговые склоны участка водохранилища (но не в основании сооружения и не над ним) на величину, согласно примечанию к п. 5.7;

частичного поверхностного осыпания или оползания откосов земляных и каменнонабросных плотин при условии, что с учетом этих смещений тело плотины после землетрясения останется устойчивым и будет обеспечивать сохранение напорного фронта согласно п. 5.38;

появления при сейсмических колебаниях трещин и частичного раскрытия межблочных швов в бетонных плотинах, если при этом не нарушается общая устойчивость плотины при землетрясении и обеспечивается ее надежная работа после него;

повреждения и разрушения надводных частей (надстроек) или водопропускных сооружений, если это не влечет за собой катастрофических последствий, указанных в п. 5.2.

Для плотин, при проектировании которых допускаются остаточные деформации и смещения под влиянием сейсмического воздействия, необходимо проведение дополнительного поверочного расчета нарушенного сооружения и отдельных его частей при воздействии на один балл ниже расчетного.

Обоснование возможности допущения остаточных деформаций и повреждений с необходимыми расчетами прочности и устойчивости, а также с технико-экономическим подсчетом обязательно включается в состав проекта сооружения. Рекомендации по определению остаточных деформаций и смещений гидросооружений приводятся в пояснениях к п. 5.20 и 5.38.

5.10. В проектах гидротехнических сооружений I и II классов, возводимых в районах с сейсмичностью 8 и 9 баллов, следует предусматривать организацию постоянных инструментальных сейсмометрических наблюдений за сооружениями и их основаниями при землетрясениях.

К п. 5.10. Задачами постоянных инструментальных (в том числе инженерно-сейсмометрических) наблюдений являются регистрация колебаний гидросооружения, его основания и береговых склонов на участке размещения гидроузла, а также измерение гидродинамических давлений на напорную грань плотины, динамических деформаций и напряжений в наиболее ответственных ее элементах при землетрясениях интенсивностью от 4 до 9 баллов. Кроме того, на земляных или каменнонабросных плотинах со стороны верхнего бьефа рекомендуется устанавливать приборы для измерения общего и порового динамического давления в материале верховой призмы.

Проект ИСС (инженерно-сейсмометрической службы), входящий основной частью в состав проекта плотины, должен включать:

а) общий план инструментальных наблюдений за поведением плотины, ее основания и береговых склонов при землетрясении, рассчитанный на период предпостроечных исследований, строительства и длительной

эксплуатации гидроузлов, связанный с проектом всех остальных натурных наблюдений, предусматриваемых «Временными указаниями по организации и проведению инструментальных наблюдений за колебаниями высоких плотин при землетрясениях», ВСН 42-70. Л., «Энергия», 1971;

б)    схему размещения и чертежи измерительных точек, подробное обоснование этой схемы с необходимыми расчетами;

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

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

д)    сметы на оборудование, на строительные и монтажные работы, на эксплуатацию сети наблюдений (раздельно на предэксплуатационный период и на период эксплуатации гидроузла).

При составлении проекта ИСС для плотин необходимо руководствоваться «Временными указаниями но организации и проведению инструментальных наблюдений за колебаниями высоких плотин при землетрясениях», ВСН 42-70 и «Руководством для групп ИСС на крупных гидроузлах но подготовке и эксплуатации сейсмометрической аппаратуры», П 51-76. Состав проекта ИСС для ненапорных гидросооружений остается примерно таким же, как и для плотин, но в этом случае на сооружении устанавливается значительно меньшее количество приборов.

С целью увязки данных инженерно-сейсмометрических наблюдений на гидротехнических сооружениях с результатами измерений, выполняемых региональной сетью сейсмических станций, по соседству с сооружением должна располагаться сейсмическая станция общего типа, оборудованная приборами для регистрации сильных землетрясений и включаемая в состав региональной или общесоюзной системы сейсмических станций.

РАСЧЕТНЫЕ СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

В расчетах гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия должны учитываться: сейсмические воздействия от масс сооружения (сейсмические инерционные нагрузки), от присоединенных масс воды (или гидродинамического давления), от волн в водохранилище, вызванных землетрясением; от динамического давления грунта, наносов и др.

Сейсмическое воздействие от масс сооружения

5.11. В расчетах прочности гидротехнических сооружений (за исключением сооружений, напряженное состояние которых зависит от вертикальных смещений, например арочных плотин двоякой кривизны) учитываются только горизонтальные составляющие сейсмического воздействия.

В расчетах устойчивости гидротехнических сооружений учитывается также вертикальная составляющая сейсмического воздействия, причем горизонтальная и вертикальная составляющие принимаются действующими одновременно (в соответствии с п. 5.18).

К п. 5.11. В общем случае сейсмическое воздействие может иметь любое направление в пространстве.

В расчетах прочности гидротехнических сооружений, имеющих простую конструкцию и отличающихся повышенной жесткостью в вертикальном направлении (например, бетонные гравитационные плотины), учитывается только горизонтальная составляющая сейсмического воздействия, а в расчетах их устойчивости учитывается также вертикальная составляющая.

9