СНиП 2.06.06-85 (с изм. 1 1987), часть 2

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5

закрепление и уплотнение грунтов основания или его части цементационными или другими вяжущими растворами;

дренирование глинистых водонасыщенных грунтов;

устройство подпорных стен, поддерживающих склоны и откосы массивов и анкеровку неустойчивых скальных массивов;

разделку горным способом крупных трещин, разломов и пустот в скальных массивах с последующим заполнением их бетоном или железобетоном в виде отдельных пробок, шпонок, сплошных полос или решеток.

3.40. Во всех случаях, когда основание сложено фильтрующими слабоводоустойчивыми и быстрорастворимыми грунтами, необходимо предусматривать противофильтрационные и дренажные устройства. При грунтах, устойчивых против химической и механической суффозии, такие устройства должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами.

Противофильтрационные и дренажные устройства в основании плотины надлежит сопрягать с аналогичными устройствами в берегах и в примыкающих к плотине сооружениях гидроузла.

3.41. Противофильтрационную завесу следует предусматривать, как правило, до слабоводопроницаемых или практически водонепроницаемых грунтов. Глубина завесы при отсутствии водоупора определяется расчетом с учетом инженерно-геологических условий, проницаемости грунтов, величины противодавления в основании плотины, наличия дренажа и т.д.

3.42. Критические средние градиенты напора на противофильтрационной завесе I_cr,m следует принимать:

а) для нескальных грунтов основания - в соответствии с п. 6.43;

б) для скальных грунтов основания

I_cr,m = I_adm g _n

где I_adm   допустимый градиент напора на завесе, принимаемый в соответствии со СНиП II -16-76;

g _n   см. п. 5.13.

4. НАГРУЗКИ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И ИХ СОЧЕТАНИЯ

4.1. Нагрузки, воздействия и их сочетания на бетонные и железобетонные плотины следует определять согласно СНиП II -50-74, СНиП 2.06.04-82, СНиП II -7-81 и настоящего раздела.

4.2. При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:

постоянные нагрузки и воздействия:

а) собственный вес сооружения, включая вес постоянного технологического оборудования (затворы, подъемные механизмы и пр.), месторасположение которого на сооружении не меняется в процессе эксплуатации;

б) силовое воздействие воды при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа, уровне нижнего бьефа, соответствующем пропуску через сооружение минимального по технологическим и экологическим требованиям расхода и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств:

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

в) вес грунта, сдвигающегося вместе с плотиной, и боковое давление грунта со стороны верхнего и нижнего бьефов;

временные длительные нагрузки и воздействия:

г) давление наносов, отложившихся перед плотиной;

д) температурные воздействия, определяемые для года со средней амплитудой колебаний среднемесячных температур;

е) поровое давление в водонасыщенном грунте при нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств, НПУ в верхнем бьефе и уровне в нижнем бьефе, соответствующем минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу;

кратковременные нагрузки и воздействия:

ж) силовое воздействие воды при уровнях в верхнем и нижнем бьефах, соответствующих пропуску через сооружение расхода основного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП II -50-74, и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств (взамен подпункта "б"):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

динамические нагрузки;

з) давление льда, определяемое при его средней многолетней толщине;

и) давление волны, определяемое при средней многолетней скорости ветра;

к) нагрузки от подъемных, перегрузочных, транспортных устройств и других конструкций и механизмов (мостовых и подвесных кранов и т.п.);

л) нагрузки от плавающих тел.

4.3. При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные, временные длительные, кратковременные нагрузки и воздействия и одну из следующих особых нагрузок и воздействий:

а) силовое воздействие воды при форсированном подпорном уровне (ФПУ) верхнего бьефа, уровне нижнего бьефа, соответствующем пропуску через сооружение расхода поверочного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП II -50-74, и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств (взамен п. 4.2 б, ж):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

динамические нагрузки;

б) силовое воздействие воды, обусловленное нарушением одного из дренажных или одного из противофильтрационных устройств, при НПУ в верхнем бьефе и уровне в нижнем бьефе, соответствующем минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу (взамен п. 4 . 2 б, е , ж):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

поровое давление в водонасыщенном грунте основания;

в) температурные воздействия, определяемые для года с максимальной амплитудой колебаний среднемесячных температур, а также для года с максимально низкой среднемесячной температурой (взамен п. 4.2 д) ;

г) давление льда, определяемое при максимальной многолетней толщине льда обеспеченностью 1% (взамен п. 4.2 з);

д) давление волны, определяемое при максимальной многолетней скорости ветра обеспеченностью 2% — для сооружений I и II классов и 4% — для сооружений III и IV классов (взамен п. 4.2 и);

е) сейсмические воздействия.

4.4. В основные и особые сочетания нагрузок и воздействий следует включать только те из кратковременных нагрузок и воздействий (п. 4.2 ж, з, и, к, л), которые могут действовать одновременно.

4.5. При определении величины пригрузки основания водой в верхнем и нижнем бьефах (пп. 4.2 б, ж; 4.3 а, б) необходимо учитывать разницу в давлении воды на основание до и после возведения сооружения.

4.6. Нагрузки и воздействия для строительного периода плотины и ремонтного случая следует принимать по основному и особому сочетаниям, а величины этих нагрузок и воздействий должны определяться в зависимости от конкретных условий возведения и ремонта сооружения.

4.7. Нагрузки и воздействия должны приниматься в наиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для эксплуатационного и строительного периодов.

4.8. Коэффициент надежности по нагрузкам при расчете плотин следует принимать в соответствии со СНиП II .50-74.

4.9. При расчете общей прочности и устойчивости плотин коэффициенты надежности по нагрузке для собственного веса, температурных, влажностных и динамических воздействий, а также для всех грунтовых нагрузок при расчетных значениях характеристик грунтов tgj _{I, II} ; с _I,II ; g _I,II , определенных в соответствии со СНиП II -16-76, должны приниматься равными единице.

4.10. Плотность бетона для плотин I , II и III классов следует определять на основе результатов испытания образцов, изготовленных из подобранных составов бетона.

Плотность бетона для плотин IV класса — во всех случаях, а для плотин 1, II и III классов — на предварительных стадиях проектирования допускается принимать по табл. 4.

Таблица 4

При отсутствии данных о плотности заполнителя плотность бетона следует принимать при плотности заполнителя 2650 - 2700 кг/м ³ .

4.11. Интенсивность давления воды на наружные грани плотины следует принимать равной

p' (1 - a _2,d ), где р' — гидростатическое давление, Па; a _2,d  — коэффициент эффективной площади противодавления в материале плотины, определяемый в соответствии с п. 4.15.

4.12. Интенсивность давления воды на свободные поверхности основания в верхнем и нижнем бьефах (пригрузка основания) следует принимать равной p' ( 1 - a _2,f ), где a _2,f  — коэффициент эффективной площади противодавления в грунте основания, см. п. 4.15.

Пригрузку основания в верхнем и нижнем бьефах допускается не учитывать в расчетах устойчивости и прочности:

плотин всех классов высотой менее 60 м, расположенных на скальном основании;

плотин III и IV классов, расположенных на нескальных грунтах;

плотин I и II классов высотой более 60 м, расположенных на скальном основании — на предварительных стадиях проектирования;

плотин I и II классов, расположенных на нескальных грунтах — на предварительных стадиях проектирования.

4.13. Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать в виде (черт. 6) :

а) поверхностных сил интенсивностью p (a _2,f - a _2,d ), приложенных по нормали к подошве плотины (противодавление), где р   гидродинамическое давление в потоке фильтрующейся воды, Па, определяемое в соответствии с п. 4.14;

б) объемных сил в основании плотины интенсивностью , причем горизонтальная q_fx и вертикальная q_fy проекции вектора равны:

При этом удельный вес грунта основания принимается в водонасыщенном состоянии.

При а _2,f = const в расчетной области основания интенсивность объемных сил равна = - . где  — градиент гидродинамического давления, см. п. 4.14;

в) объемных сил в водонасыщенных зонах плотины, включающих части сооружения, расположенные между напорной гранью и дренажом и между подошвой плотины и уровнем нижнего бьефа интенсивностью , причем горизонтальная q_dx и вертикальная q_dy проекции вектора равны:

При этом удельный вес бетона принимается в водонасыщенном состоянии.

Черт. 6. Схема силового воздействия воды

1 сухая часть плотины; 2 - водонасыщенная часть плотины; 3- дренаж плотины; 4 - объемные силы фильтрующейся воды в водонасыщенных зонах плотины; 5 - давление на низовую грань плотины; 6 - пригрузка основания со стороны нижнего бьефа; 7 - противодавление по подошве плотины; 8 - дренаж основания; 9 - цементационная завеса; 10 - объемные силы фильтрующейся воды в основании; 11 - пригрузка основания со стороны верхнего бьефа; 12 - давление на верховую грань плотины

При а _2,d = const в расчетной области водонасыщенных зон плотины интенсивность объемных сил равна = - .

Если в водонасыщенных частях плотины и основания значения коэффициента а ₂ изменяются скачкообразно от значения а' ₂ до значения а'' ₂ , причем а' ₂ > а'' ₂ , то на границе областей с различными значениями а ₂ следует прикладывать нормальные к линии раздела областей поверхностные силы интенсивностью p (a ' ₂ - a '' ₂ ), направленные в сторону области с a '' ₂ .

Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать только в виде противодавления и объемных сил в основании плотины:

при расчетах плотин II класса высотой более 60 м, расположенных на скальном основании, — во всех случаях;

при расчетах плотин I и II классов, расположенных на нескальном основании, — во всех случаях.

Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать только в виде противодавления:

при расчетах плотин всех классов высотой менее 60 м, расположенных на скальном основании, — во всех случаях;

при расчетах плотин III и IV классов, расположенных на нескальном основании, — во всех случаях;

при расчетах плотин I и II классов высотой более 60 м, расположенных на скальном основании, а также плотин I и II классов, расположенных на нескальном основании, — на предварительных стадиях проектирования.

При этом удельный вес грунта принимается во взвешенном состоянии.

4.14. Значения гидродинамического давления р и его градиента в потоке фильтрующейся воды в расчетных областях фильтрации основания и тела плотины определяются фильтрационными расчетами согласно пп. 5.24 — 5.27.

На наружных гранях плотины и свободных поверхностях основания в верхнем и нижнем бьефах значения р совпадают с величиной гидростатического давления.

На линии, разделяющей водонасыщенную и сухую части плотины (кривая депрессии), р = 0.

На подошве плотины гидродинамическое давление, Па, определяется по формуле

р = ( h_v + h_f ) g _w , (1)

где h_v  — ордината пьезометрического напора в рассматриваемой точке под взвешивающим воздействием нижнего бьефа, м;

h_f  — то же, при фильтрации под действием расчетного напора H_d , м;

g _w   удельный вес воды, Н/м ³ .

Значение h_v определяется как разность отметок уровня воды в нижнем бьефе и рассматриваемой точки.

Для плотин высотой менее 60 м на скальных основаниях значения h_f допускается находить по эпюрам, приведенным на черт. 7, при этом величину h_f по оси цементационной завесы Н _as и по оси дренажных устройств Н _dr следует принимать по табл. 5.

Черт. 7. Эпюры пьезометрического напора по подошве плотины

a  — гравитационная плотина с цементационной завесой а основании; б — гравитационная плотина без цементационной завесы; в — гравитационная плотина с продольной полостью у основания; г — гравитационная плотина с расширенными швами и массивно-контрфорсная плотина; д — контрфорсная плотина с плоским перекрытием; е — арочная плотина

Таблица 5

4.15. Значения коэффициента a ₂ следует принимать:

для крупнообломочных, песчаных и сильнотрещиноватых полускальных грунтов, раскрывшихся строительных швов и зон растяжения бетона и скального основания равным 1,0;

для глинистых грунтов, а также в сжатой зоне бетона и скального основания — по результатам исследований с учетом водопроницаемости бетона и грунтов основания, режима заполнения и колебаний уровня воды водохранилища, эффективности противофильтрационных устройств на напорной грани, в швах плотины и основании, включая береговые примыкания; до выполнения перечисленных здесь исследований, а также при предварительных расчетах допускается принимать a ₂ = 0,5.

Следует принимать a _{2 ,d} = 0 в случаях:

расчетов устойчивости плотин всех классов и видов;

расчетов прочности плотин всех классов с гидроизолирующим экраном на напорной грани;

расчетов прочности плотин всех классов, расположенных на нескальном основании.

Допускается принимать a _{2 ,d} = 0 в расчетах прочности плотин II, III, IV классов, расположенных на скальном основании.

4.16. При расчете устойчивости давление наносов P_ws , кН со стороны верхнего бьефа на 1 м длины сооружения допускается определять по формуле

(2)

где  — удельный вес грунта наносов во взвешенном состоянии, кН/м³ ;

  высота наносов перед плотиной, м;

 — угол внутреннего трения грунта наносов, град.

4.17. Температурные воздействия следует принимать по данным многолетних наблюдений за температурой воздуха в створе плотины и на основании прогноза температуры воды в водохранилище.

4.18. Динамические нагрузки при осуществлении сбросов воды следует определять для плотин I и II классов по результатам расчетов и экспериментальных исследований, для плотин III и IV классов — по результатам расчетов или аналогам.

4.19. Поровое давление в грунтах учитывается при проверке устойчивости на сдвиг и прогнозе осадок плотины при возведении ее на глинистых грунтах со средним коэффициентом фильтрации менее 10 ^-2 м/сут и коэффициентом водонасыщения более 0,8.

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТАМ ПЛОТИН

5.1. Расчеты бетонных и железобетонных плотин согласно СТ СЭВ 384-76 надлежит производить по методу предельных состояний:

предельные состояния первой группы (по непригодности к эксплуатации) - расчеты сооружения на общую прочность и устойчивость, а также на местную прочность его элементов;

предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации) — расчеты основания на местную и фильтрационную прочность, расчеты сооружения по образованию трещин и деформациям, а также по раскрытию строительных швов в бетонных и трещин в железобетонных конструкциях.

5.2. Расчеты бетонных и железобетонных плотин должны производиться в соответствии со СНиП II -50-74 , СНиП II -16-76, СНиП II -56-77 и требованиями данного раздела.

5.3. Для плотин I и II классов в дополнение к расчетам, как правило, необходимо предусматривать проведение экспериментальных исследований; для плотин III и IV классов такие исследования допускается выполнять при надлежащем обосновании.

РАСЧЕТЫ ПЛОТИН НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ

5.4. Расчеты на общую прочность и устойчивость, по деформациям и по раскрытию трещин, а также расчеты по раскрытию строительных швов с учетом очередности возведения плотины следует выполнять для всей плотины в целом или для отдельных ее секций (или отдельных столбов).

5.5. Расчеты на местную прочность и по образованию трещин следует производить для отдельных конструктивных элементов сооружения; для бетонных конструкций расчеты по образованию трещин следует выполнять только для элементов, ограниченных строительными и конструктивными швами.

5.6. Расчеты плотин, их оснований и отдельных элементов на прочность и устойчивость следует производить для наиболее неблагоприятных расчетных случаев эксплуатационного и строительного периодов с учетом последовательности возведения и нагружения плотины.

5.7. Расчет прочности и устойчивости части плотин (пусковой профиль) всех классов в случае, когда проектом предусмотрены возведение и сдача в эксплуатацию гидроузла отдельными очередями, следует выполнять на все нагрузки и воздействия, установленные для рассматриваемого этапа строительства, при этом условия прочности плотин и устойчивости для периода временной эксплуатации следует принимать такими же, как и для периода постоянной эксплуатации.

В проекте должна предусматриваться очередность возведения плотины и ее отдельных элементов, при которой усилия, возникающие в строительный период, не вызывают необходимости в дополнительном армировании или другом утяжелении сооружения.

5.8. Расчеты на прочность плотин I и II классов, возводимых на скальных основаниях, следует выполнять с применением вычислительных методов геотехники и теории упругости с учетом возможного раскрытия строительных швов в сооружении и трещин в скальном основании.

Расчеты на прочность плотин I и II классов, возводимых на нескальных основаниях, необходимо выполнять с учетом пространственной работы фундаментной плиты и других несущих элементов конструкции. При этом внутренние усилия следует определять с учетом неупругого поведения конструкций, вызванного трещинообразованием в бетоне, принимая жесткости сечений в соответствии со СНиП II -56-77.

Расчеты на прочность плотин III и IV классов, а также предварительные расчеты плотин I и II классов следует выполнять, как правило, упрощенными методами строительной механики.

5.9. Расчеты на прочность плотин, которые отнесены к I или II классу только в зависимости от последствий нарушения эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений, допускается производить упрощенными методами строительной механики.

5.10. При определении напряженно-деформированного состояния плотины и основания методами теории упругости допускается рассматривать бетон как изотропный материал, при этом следует учитывать:

наличие ориентированных вдоль оси плотины полостей (продольные галереи, помещения машинного зала гидроэлектростанций и т.д.) в случае, если максимальный из габаритных размеров поперечного сечения полости составляет более 10 % ширины подошвы плотины;

наличие ориентированных в вертикальном направлении или вдоль потока полостей (расширенные швы, турбинные водоводы, поперечные галереи и т.д.) в случае, если площадь горизонтального сечения полости составляет более 5 % площади горизонтального расчетного сечения плотины;

различие прочностных и деформационных характеристик материала плотины и основания;

неоднородность основания и наличие в нем трещин и разломов;

возможность раскрытия строительных швов и нарушения сплошности основания в растянутых зонах с обязательным расчетом на прочность образовавшейся при этом вторичной системы;

очередность возведения, а также способы и сроки омоноличивания плотины.

5.11. Зоны и величина раскрытия межстолбчатых и межблочных швов со стороны низовой грани плотины, а также межсекционных швов в неразрезных плотинах определяются с учетом собственного веса сооружения, гидростатического давления и температурных воздействий строительного и эксплуатационного периодов, учитывая начальный режим твердения бетона, температуру замыкания строительных швов, полное остывание кладки до среднемноголетней эксплуатационной температуры плотины и сезонные колебания температуры наружного воздуха и воды в водохранилище.

5.12. Расчеты бетонных плотин на сейсмические воздействия следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП II -7-81 и разд. 7 , 8, 9.

Расчеты плотин всех классов следует производить в рамках линейно-спектральной теории.

Для плотин, расположенных в районах сейсмичностью свыше 7 баллов, относящихся к I классу , допускается производить расчеты с использованием инструментальных записей ускорений основания, а также синтезированных акселерограмм; в этом случае следует учитывать возможность развития неупругих деформаций в сооружении и использовать полученные экспериментально значения нормативных сопротивлений бетона при динамических воздействиях.

5.13. При расчетах бетонных и железобетонных плотин необходимо вводить следующие коэффициенты:

коэффициент надежности по назначению сооружения и коэффициент сочетаний нагрузок , принимаемые согласно СНиП II -50-74;

коэффициент условий работы , принимаемый по табл. 6 .

Таблица 6

5.14. При расчетах общей прочности и устойчивости плотины, а также местной прочности отдельных элементов должно соблюдаться одно из следующих условий:

F £ R ;

где ,,   коэффициенты, принимаемые согласно п. 5.13;

F, R   соответственно расчетные значения обобщенного силового воздействия и обобщенной несущей способности сооружения;

  расчетное значение напряжения;

Ф   функция, вид которой определяется в зависимости от характера напряженно-деформированного состояния плотины;

  соответственно расчетные сопротивления арматуры и бетона, определяемые в соответствии со СНиП II -56-77.

Для расчетного случая, определяющего объем сооружения или его стоимость, правая часть неравенства должна превышать его левую часть не более чем на 10%.

5.15. В расчетах бетонных плотин на общую прочность, а также по деформациям в случаях, когда в расчете наличие швов не учитывается, расчетное значение модуля деформации бетонной кладки плотины E_bd , МПа, следует принимать:

для плотин, возведенных столбчатыми массивами или с перевязкой блоков бетонирования

E_bd = E_b [ 1 - 0,04 (n_j - n_ji )] ; (3)

для плотин, возведенных послойным методом бетонирования

E_bd = 0,75 E_b [ 1 - 0,04 ] (4)

где E_b  — начальный модуль упругости бетона, МПа;

n_j  — число вертикальных швов бетонирования на подошве плотины;

n_ji — число межстолбчатых или межсекционных швов, для которых применены меры их технологического обжатия;

h_bl  — высота блока бетонирования, м.

При этом в статических расчетах расчетный модуль деформации Е_bd , МПа, должен быть в пределах 0,65 E_b £ Е_bd £ 30 000.

Для динамических расчетов модуль деформации бетонной кладки должен назначаться с учетом указаний СНиП II -7-81; при этом значение Е_bd должно быть ограничено величиной 40 000 МПа.

5.16. В расчетах бетонных плотин на общую прочность, а также по деформациям в случаях, когда наличие швов учитывается в расчете, в расчетах термонапряженного состояния бетонных плотин, по раскрытию трещин и строительных швов и при анализе данных натурных наблюдений о напряженном состоянии сооружения расчетное значение модуля деформации бетонной кладки следует принимать Е_bd = Е_b или по данным его определения в самом сооружении.

5.17. В расчетах прочности железобетонных элементов плотин расчетное значение модуля деформации Е_bd следует принимать равным начальному модулю упругости бетона Е_b , принимаемому в соответствии со СНиП II -56-77.

5.18. Начальный модуль упругости бетона бетонных плотин Е_b , МПа, в возрасте t менее 180 сут . следует определять по формуле

(5)

где а — безразмерный параметр, принимаемый по табл. 7.

Таблица 7

При возрасте бетона 180 сут. и более начальный модуль упругости бетона бетонных плотин допускается принимать по табл. 8.

Таблица 8

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5