СП 23.13330.2011 Основания гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85 (с Изменением № 1)

СВОД ПРАВИЛ

СП 23.13330.2011 Основания гидротехнических сооружений
Foundation of hydraulic structures
Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85
(с Изменением № 1)


Дата введения: 2011-05-20


Статус: действующий

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. N 858 "О порядке разработки и утверждения сводов правил".

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - ОАО "ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. N 824 и введен в действие с 20 мая 2011 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 23.13330.2010.

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

ВНЕСЕНЫ опечатки, опубликованные в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 8, 2011 г.

ИЗМЕНЕНИЕ № 1 УТВЕРЖДЕНО и введено в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 21 декабря 2017 г. N 1697/пр


Оглавление

1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Общие положения
5 Классификация грунтов и их физико-механические характеристики
Общие положения
Характеристики нескальных грунтов
Характеристики скальных грунтов
6 Инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований
7 Расчеты устойчивости (несущей способности) оснований
Основные положения
Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях
Расчет устойчивости сооружений на скальных основаниях
8 Фильтрационные расчеты основания
9 Расчет местной прочности скальных оснований
10 Определение напряжений
11 Расчет оснований по деформациям
12 Контроль качества подготовки оснований ГТС
Основные положения
Контроль качества подготовки оснований, сложенных нескальными грунтами
Контроль качества подготовки оснований, сложенных скальными грунтами
Контроль строительного водопонижения
Контроль качества работ по укреплению оснований
13 Наблюдения за поведением оснований в процессе эксплуатации
Цели и задачи наблюдений за поведением оснований
Контрольно-измерительная аппаратура
Режим наблюдений за поведением оснований в процессе эксплуатации ГТС
Методы наблюдений за поведением оснований
14 Инженерные мероприятия по обеспечению надежности оснований
Обеспечение сопряжения сооружения с основанием
Закрепление и уплотнение грунтов оснований
Приложение А (рекомендуемое). Классификация массивов грунтов
Приложение Б (рекомендуемое) Определение параметров внутреннего трения(tgφ' ,c'), коэффициента фильтрационной консолидации cv и коэффициента начального порового давления Ku методом трехосного сжатия, давления предуплотнения p'c методом компрессионного сжатия и коэффициента переуплотнения OCR
Приложение В (обязательное). Определение модулей деформации оснований для расчета перемещений сооружений
Приложение Г (обязательное). Расчет устойчивости сооружений на сдвиг по поверхности неоднородного основания
Приложение Д (рекомендуемое). Расчет устойчивости сооружений при сдвиге с поворотом в плане
Приложение Е (рекомендуемое) Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях по схемам глубинного и смешанного сдвигов
Приложение Ж (рекомендуемое). Определение контактных напряжений методом внецентренного сжатия
Приложение И (рекомендуемое). Определение контактных напряжений для сооружений на однородных песчаных основаниях методом экспериментальных эпюр
Приложение К (обязательное). Определение осадки основания методом послойного суммирования
Приложение Л (рекомендуемое). Определение осадки основания при среднем давлении под подошвой сооружения, превышающем расчетное сопротивление грунта
Приложение М (рекомендуемое). Определение степени первичной консолидации грунта
Приложение Н (рекомендуемое). Определение конечных горизонтальных перемещений гравитационных сооружений с горизонтальной подошвой на нескальных основаниях
Приложение П (справочное). Основные буквенные обозначения
Приложение Р (рекомендуемое). Лабораторные и полевые методы определения характеристик грунтов шельфа
Приложение С (рекомендуемое) Динамические характеристики грунтов
Библиография

1 Область применения

Требования настоящего свода правил распространяются на проектирование оснований гидротехнических сооружений всех классов согласно СП 58.13330, в том числе гравитационных, арочных и контрфорсных плотин, подпорных стенок, шлюзов, шельфовых и портовых сооружений, естественных склонов и искусственных откосов на участках расположения гидротехнических сооружений.

В своде правил даются классификация грунтов и их физико-механические характеристики, инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований, методы расчетов устойчивости оснований, напряженно-деформированного состояния, суффозионной прочности. Также установлены методы контроля качества подготовки оснований, методика наблюдений за поведением оснований в процессе эксплуатации и инженерные мероприятия по повышению надежности оснований.

Свод правил не распространяется на проектирование подземных гидротехнических сооружений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 23278-2014 Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ Р 22.0.01-2016 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения

ГОСТ Р 22.1.02-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения

СП 14.13330.2014 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах" (с изменением N 1)

СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"

СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)

Примечание.
При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем своде правил приняты термины с соответствующими определениями:

3.1 водоупор: Слой грунта, водопроницаемостью которого можно пренебречь по сравнению с водопроницаемостью выше или ниже залегающего грунта, в котором имеет место фильтрация.

3.1a грунт: Породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многофазную геологическую среду и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

3.2 давление грунта активное: Силовое воздействие грунта на ограждающие конструкции в состоянии предельного равновесия, соответствующее стадии образования поверхности обрушения, при котором конструкция смещается по направлению от грунта.

3.3 давление грунта пассивное: Силовое воздействие грунта на ограждающую конструкцию в состоянии предельного равновесия, соответствующее стадии образования поверхности выпора, когда конструкция смещается по направлению к грунту.

3.4 дренаж: Устройство для частичного или полного перехвата фильтрационного потока в основании, а также на прилегающей к сооружению территории, сбора и отвода профильтровавшихся вод.

3.5 инженерно-геологическая модель: Схематизированное отображение размещения в области влияния сооружения инженерно-геологических элементов, наделенных постоянными нормативными и расчетными значениями характеристик.

3.6 инженерно-геологический элемент (ИГЭ): Объем грунта одного возраста, происхождения и вида, характеристики свойств которого в пределах выделенного элемента являются статистически однородными и изменяются случайно (незакономерно) либо если наблюдающейся закономерностью можно пренебречь.

3.7 местная прочность: Свойство грунта, не разрушаясь, воспринимать нагрузки и воздействия в локальных областях системы "сооружение-основание".

3.8 надежность системы "сооружение-основание": Способность системы выполнять заданные функции.

3.9 напряженно-деформированное состояние (НДС) сооружения и/или основания: Пространственное распределение напряжений и деформаций в системе "сооружение-основание", развивающихся в процессе их взаимодействия.

3.10 несущая способность основания: Способность грунта основания выдерживать максимальную нагрузку, передаваемую на него сооружением, без развития поверхностей скольжения, приводящих к разрушению оснований и полной непригодности сооружений к эксплуатации.

3.11 оползень: Неустойчивый массив грунта, смещающийся по откосу или склону.

3.12 основание гидротехнического сооружения: Естественная или искусственно сформированная (техногенная) грунтовая толща, находящаяся под подошвой сооружения или вмещающая его фундамент, водоупорные элементы и дренажные устройства.

3.13 ползучесть грунта: Процесс длительного деформирования грунта во времени под действием постоянной нагрузки.

3.14 предельное равновесие системы "сооружение-основание": Состояние системы, при котором незначительное увеличение внешней нагрузки или незначительное уменьшение прочностных свойств грунта приводит к нарушению установившегося равновесия, вызывает потерю устойчивости грунта со значительным нарастанием смещений, сопровождающуюся выпором грунта из-под подошвы сооружения.

3.15 предельное состояние (прочность) грунта: Состояние грунта в точке, при котором касательные и нормальные напряжения в элементе грунта связаны критерием прочности (Кулона, Кулона-Мора, Мизеса-Шлейхера и т.д.), а деформации сдвига могут развиваться неограниченно.

3.16 прочность грунта длительная: Прочность грунта при длительном действии нагрузки.

3.17 расчетный грунтовый элемент (РГЭ): Объем грунта, в пределах которого нормативные и (или) расчетные значения характеристик грунта принимаются постоянными или закономерно изменяющимися по направлению.

3.18 расчетная геомеханическая модель основания объекта: Совокупность расчетных грунтовых элементов в рассматриваемой области основания, построенная на базе инженерно-геологической модели.

3.19 сопротивление недренированному сдвигу: Максимальное сопротивление грунта сдвигающей нагрузке в условиях отсутствия дренирования.

3.19а суффозионная устойчивость: Сохранение частицами грунта своего первоначального положения при воздействии на них фильтрационного потока.

3.20 суффозия: Перемещение фильтрационным потоком внутри грунта его отдельных частиц или их вынос, или растворение содержащихся в грунте водорастворимых структурообразующих минералов.

3.21 термокарст: Процесс вытаивания подземных льдов с последующей осадкой грунта, приводящей к образованию отрицательных форм рельефа или микрорельефа (блюдца, воронки, впадины, западины, котловины).

3.22 фильтрационная прочность: Способность основания сопротивляться деструктивному воздействию фильтрационного потока.

3.23 фильтрация: Движение воды в грунтах и пористых средах.

4 Общие положения

4.1 Проектирование оснований гидротехнических сооружений следует выполнять 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 химическом составе подземных вод, областях их питания и дренирования, наличии мерзлоты и т.д.;
  • данных о сейсмической активности района возведения сооружения;
  • опыта возведения аналогичных гидротехнических сооружений в сходных инженерно-геологических и климатических условиях;
  • данных, характеризующих возводимое гидротехническое сооружение (назначение, класс, тип, конструкция, размеры, порядок возведения, действующие нагрузки, воздействия, условия эксплуатации и т.д.);
  • учета социально-экономических условий района 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 безопасности - технической, социальной и экологической.

4.2 При проектировании оснований гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие безопасность, 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, сейсмических воздействий и т.п. и изменения строения и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения, в том числе с учетом их промерзания и оттаивания;
  • 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, изменений 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 существующей;
  • разработку разделов деклараций безопасности, касающихся надежности оснований.

4.3 Для обоснования надежности и безопасности гидротехнических сооружений необходимо выполнять расчеты гидравлического, фильтрационного и температурного режимов, а также напряженно-деформированного состояния системы "сооружение-основание" на основе применения современных главным образом численных методов механики сплошной среды с учетом реальных свойств материалов и пород оснований.

Обеспечение надежности системы "сооружение-основание" должно обосновываться результатами расчетов по методу предельных состояний их прочности (в том числе фильтрационной), устойчивости, деформаций и смещений. Основополагающим условием обеспечения надежности при этом является условие

,(1)

здесь F0 - расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния, определенного с учетом коэффициента надежности по нагрузке γf (см. 7.3);

R0 - расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра, устанавливаемого с учетом коэффициентов надежности по грунту γg (см. раздел 5);

γn - коэффициент надежности по ответственности сооружения;

γlc - коэффициенты сочетаний нагрузок;

γc - коэффициенты условий работы.

Указания по определению γn, γlc, γc даны в 4.5.

4.4 Нагрузки и воздействия на основание должны определяться расчетом исходя из совместной работы сооружения и основания.

Величина и направление сейсмических воздействий должны определяться с учетом характера воздействия, положения очага и эпицентра землетрясения.

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

  • по первой группе (потеря несущей способности и (или) полная непригодность оснований и сооружений на них к эксплуатации) - расчеты общей прочности и устойчивости системы "сооружение-основание", расчеты перемещений, от которых зависят прочность и устойчивость;
  • по второй группе (непригодность к нормальной эксплуатации) - расчеты местной, в том числе, фильтрационной прочности оснований, перемещений и деформаций, не относящихся к расчетам по первой группе.

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 (1) принимаются следующие значения коэффициентов надежности:

  • для первой группы предельных состояний:
    • γn для сооружений I, II, III и IV классов соответственно равными 1,25; 1,20; 1,15; и 1,10;
    • γlc равными:
      • для основного сочетания нагрузок в период нормальной эксплуатации - 1,00;
      • при особой нагрузке, в том числе сейсмической на уровне проектного землетрясения (ПЗ), годовой вероятностью 0,01 и менее - 0,95;
      • при особой нагрузке, кроме сейсмической, годовой вероятностью 0,001 и менее - 0,90;
      • при сейсмической нагрузке уровня максимального расчетного землетрясения (МРЗ) - 0,85;
      • для сочетания нагрузок в периоды строительства и ремонта - 0,95;
  • для второй группы предельных состояний во всех случаях γn и γlc равными 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;
  • отказа (деградации) 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, недопустимых 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, которые могут приводить к невозможности эксплуатации технологических систем объекта.

Откосы, расположенные в непосредственной близости от сооружений и в местах примыкания последних, следует рассчитывать на устойчивость по первой группе предельных состояний. Исключением являются случаи, когда потеря устойчивости таких откосов не приводит сооружение в состояние, непригодное к эксплуатации. В этих случаях расчеты откосов следует вести по второй группе предельных состояний.

4.5.2 Расчеты по второй группе должны выполняться с целью недопущения следующих предельных состояний, обусловливающих 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 подпункте 4.5.1;
  • 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", обеспечивающие выполнение условия (1) для первой группы предельных состояний.

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

4.7 Наряду с детерминистическими методами расчета прочности оснований и устойчивости гидротехнических сооружений рекомендуется использовать вероятностные методы оценки их надежности и отказов в соответствии с СП 58.13330.

4.8 В проектах оснований сооружений должна быть предусмотрена программа мониторинга, главной задачей которого является обеспечение безопасности строительства и эксплуатации сооружений, включая выявление опасных процессов и явлений для разработки предупреждающих и защитных мероприятий. В программе мониторинга должно быть уделено повышенное внимание этапам строительства, вводу в эксплуатацию и периоду 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 (при строительстве в суровых климатических условиях, при среднегодовой температуре воздуха ниже 1 °С);
  • пьезометрические напоры воды в основании и грунтовом сооружении (положение поверхности депрессии);
  • 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.

Состав и объем натурных наблюдений в системе мониторинга должны назначаться в соответствии с разработанными сценариями развития потенциальных аварий и инцидентов, а также их последствий с целью предотвращения чрезвычайных ситуаций.

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 (согласно 4.9) 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 КИА в сооружение и его основание должны определяться проектом натурных наблюдений и исследований, который составляется для всех стадий проектирования, строительства и эксплуатации и является неотъемлемой частью проекта сооружения.

Примечания:

  1. Установка КИА на сооружениях IV класса и в их основаниях рекомендуется при обосновании для сложных инженерно-геологических условий 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 форсированного подпорного уровня (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 существующей (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), химические добавки и реагенты должны проходить санитарную и экологическую экспертизу как самих материалов, так и результатов их воздействия на человека и природную среду.

5 Классификация грунтов и их физико-механические характеристики

Общие положения

5.1 Физико-механические характеристики грунтов необходимо определять для использования их значений при:

  • классификации грунтов основания и выделении инженерно-геологических элементов;
  • определении одних показателей через другие с помощью функциональных или корреляционных зависимостей;
  • решении задач проектирования, регламентированных 4.2.

5.2 Классификацию грунтов оснований гидротехнических сооружений следует выполнять согласно требованиям ГОСТ 25100, таблицы 2 и приложения А настоящего свода правил, рассматривая приведенные в них характеристики грунтов как классификационные.

Таблица 2. СП 23.13330.2011

Грунты

Физико-механические характеристики грунтов

плотность сухого грунта (в массиве) ρd, т/м3

сопротивление одноосному сжатию породных блоков в водонасыщенном состоянии Rc, МПа

сопротивление одноосному растяжению породных блоков в водонасыщенном состоянии Rt,m, МПа

модуль деформации грунта (в массиве) E, МПа

А Скальные

Магматические (граниты, диориты, порфириты и др.)

Метаморфические (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы, мраморы и др.)

Осадочные (известняки, доломиты, песчаники и др.)

2,5-3,0

Свыше 5

1,0 и выше

Свыше 20000

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

2,2-2,65

До 5 включ.

До 1,0

200-2000

Б Нескальные

Крупнообломочные (валунные, галечниковые, гравийные), песчаные

1,4-2,1

< 2

-

20-200

Глинистые (супеси, суглинки и глины)

1,1-2,1

 

-

4-10

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

5.3 Для классификации грунтов и проектирования оснований гидротехнических сооружений необходимо определять экспериментально и вычислять следующие классификационные (согласно ГОСТ 25100) характеристики грунтов:

  • гранулометрический состав;
  • плотность ρ;
  • плотность частиц ρs;
  • плотность скелета ρd;
  • природную влажность w;
  • коэффициент пористости e;
  • влажность на границах раскатывания wp и текучести wL;
  • число пластичности Ip;
  • показатель текучести IL;
  • коэффициент водонасыщения Sr;
  • степень плотности песков ID;
  • степень неоднородности гранулометрического состава Cu;
  • относительное содержание органического вещества Ir;
  • относительную деформацию набухания без нагрузки εsw;
  • относительную деформацию просадочности εsI;
  • степень засоленности Dsal;
  • степень растворимости солей грунтов в воде qsr;
  • предел прочности на одноосное сжатие Rc;
  • коэффициент размягчаемости в воде Ksof;
  • коэффициент выветрелости Kwr;
  • коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов Kfr;
  • температуру начала замерзания (оттаивания) Tbf;
  • коэффициент сжимаемости мерзлого грунта δf;
  • степень морозной пучинистости εfh;
  • степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой Sr;
  • суммарную льдистость мерзлого грунта (объемную льдистость) itot;
  • объемную льдистость грунта за счет видимых ледяных включений ii.

5.4 Для проектирования оснований гидротехнических сооружений необходимо также определять:

  • давление предуплотнения p'c;
  • угол внутреннего трения и удельное сцепление в эффективных напряжениях φ', c' и в полных напряжениях φ, c;
  • сопротивление недренированному сдвигу cu;
  • показатель чувствительности St
  • модуль деформации E;
  • коэффициент плотнения (сжимаемости) a;
  • коэффициент поперечной деформации v;
  • коэффициент фильтрации k;
  • коэффициент консолидации cv;
  • параметры ползучести δcrp и δI,crp (по теории наследственной ползучести);
  • показатели фильтрационной прочности грунтов (местный и осредненный критические градиенты напора Icr, Icr,m и критические скорости фильтрации υcr);
  • скорости распространения продольных υp и поперечных υs волн в массиве;
  • динамическое сопротивление недренированному сдвигу ;
  • динамический модуль сдвига Gd;
  • динамический модуль объемного сжатия Kd;
  • динамический коэффициент затухания (демпфирования) Dd;
  • потенциал разжижения при сейсмических воздействиях FL;
  • высоту капиллярного поднятия hc;
  • удельное водопоглощение q;
  • параметры трещин (модуль трещиноватости M, угол падения β, длину l, ширину раскрытия b);
  • параметры заполнителя трещин (степень заполнения, состав, характеристики свойств);
  • коэффициент морозного пучения Kh;
  • удельную нормальную и касательную силы пучения σh и τh;
  • предел прочности элементарного породного блока скального грунта на одноосное сжатие Rc;
  • предел прочности отдельности скального грунта на одноосное растяжение Rt;
  • предел прочности массива скального грунта на растяжение Rt,m и сжатие Rc,m;
  • предел прочности массива на сдвиг Rs;
  • теплопроводность талого грунта λth;
  • теплопроводность мерзлого грунта λf;
  • объемную теплоемкость талого грунта cth;
  • объемную теплоемкость мерзлого грунта cf;
  • коэффициент трения на контакте сооружения с грунтом tgφs.

При необходимости следует определять и другие характеристики грунтов.

5.5 Состав необходимых характеристик из числа перечисленных в 5.3 и 5.4 определяется в техническом задании на проведение инженерно-геологических изысканий в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий участка, назначения, класса и технических характеристик проектируемого сооружения, характера и величины ожидаемых нагрузок и воздействий, состава и методов расчетов и т.п. Состав необходимых характеристик следует назначать с учетом особенностей процесса возведения и условий эксплуатации сооружений, которые могут повлиять на изменение физико-механических свойств грунтов. В составе технического задания и программы на проведение инженерно-геологических изысканий должна быть разработана программа специальных полевых и лабораторных исследований и определений физико-механических свойств грунтов.

5.6 Программы специальных полевых и лабораторных исследований должны содержать методики испытаний грунтов и интервалы нагрузок, в пределах которых следует определять значения механических параметров, назначенные с учетом состава, природного состояния грунтов и предполагаемых условий взаимодействия сооружения с грунтовым основанием, требования к испытательному оборудованию и т.д.

5.6а Характеристики из числа перечисленных в 5.3 и 5.4, для определения которых отсутствуют методы, регламентированные действующими нормативными документами, при соответствующем обосновании следует определять согласно требованиям опубликованных и апробированных отечественных методик.

5.7 Инженерно-геологические условия строительства следует конкретизировать и детализировать путем обобщения и анализа результатов полевых и лабораторных исследований грунтов и построения инженерно-геологических и расчетных (численных или физических) моделей (схем) основания с учетом указаний раздела 6 настоящего свода правил. Оценка неоднородности грунтов основания, выделение ИГЭ и РГЭ и вычисление нормативных и расчетных значений характеристик выполняются путем статистической обработки результатов испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ 20522 и раздела 6 настоящего свода правил.

5.8 Нормативные значения характеристик грунтов Xn должны устанавливаться на основе частных результатов полевых и лабораторных исследований, проводимых в условиях, максимально приближенных к условиям работы грунта в рассматриваемой системе "сооружение - основание". За нормативные значения Xn всех характеристик следует принимать их средние статистические значения.

Расчетные значения характеристик грунтов X должны определяться по формуле

,(3)

где γg - коэффициент надежности по грунту, определяемый в соответствии с ГОСТ 20522.

При классификации грунтов применяются нормативные значения характеристик, при решении задач проектирования - как нормативные, так и расчетные значения.

При проектировании оснований морских стационарных сооружений на шельфе расчетные показатели песчаных грунтов (ID, E, φ) и глинистых грунтов текучей консистенции (OCR, E, cu) следует назначать с учетом их значений, полученных по результатам статического зондирования. Методики интерпретации результатов статического зондирования морских грунтов приведены в приложении Р.

5.9 Расчетные значения характеристик грунтов tgφ, c, cu, ρ и Rc для расчетов по предельным состояниям первой группы обозначаются tgφI, cI, cuI, ρI и RcI, второй группы - tgφII, cII, cuII, ρII и RcII. При определении расчетных значений tgφI, cI, cuI, ρI и RcI коэффициент надежности по грунту γg определяется при односторонней доверительной вероятности α = 0,95.

Для оснований сооружений III и IV классов, а также для оснований сооружений I и II классов на стадии обоснования строительства расчетные значения физико-механических характеристик грунтов допускается принимать с использованием аналогов, корреляционных связей и т.д.

В тех случаях, когда для определения одноименных характеристик грунтов были использованы различные полевые и лабораторные методы, обоснование расчетных значений для целей проектирования следует выполнять путем обобщения и анализа всех полученных согласно ГОСТ 20522 результатов, с учетом данных статического зондирования, технических параметров сооружения и особенностей его взаимодействия с грунтовым основанием.

5.10 В области многолетней мерзлоты физические, механические и фильтрационные характеристики основания зависят от льдистости (влажности) и температуры пород. Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики массива в криолитозоне следует определять преимущественно полевыми методами (штамповые опыты, откачки и нагнетания воды, геофизические методы). Массив должен быть охарактеризован как в естественном, так и в прогнозном (после оттаивания) состоянии.

5.11 При проектировании системы "сооружение-основание" следует учитывать возможное изменение физико-механических характеристик грунтов в процессе возведения и эксплуатации сооружения, связанное с изменением гидрогеологического режима, напряженно-деформированного состояния основания, последовательностью и условиями ведения строительных работ, искусственным регулированием физико-механических свойств грунтов и т.д.

Для районов распространения многолетнемерзлых грунтов следует также учитывать изменение температурного режима основания, приводящее к изменению состояния, механических и теплофизических свойств грунтов.

Характер и интенсивность возможных изменений свойств грунтов оснований в процессе строительства и эксплуатации сооружений должны прогнозироваться на весь срок службы сооружения на основе результатов соответствующих модельных и экспериментальных исследований и их последующей корректировки по результатам натурных наблюдений (мониторинга).

5.12 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов для оценки состояния гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации следует устанавливать на основе результатов инженерно-геологических изысканий, результатов геотехнического контроля при возведении сооружений и с учетом данных натурных наблюдений. В необходимых случаях следует проводить дополнительные инженерно-геологические исследования по специально разработанным программам.

5.13 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 следует назначать с учетом методик предшествующих испытаний и исследований.

5.13а Определение характеристик влажности w, плотности ρ, плотности частиц ρs, показателей пластичности wp и wL необходимо выполнять в соответствии с ГОСТ 5180. Вычисление плотности скелета ρd, коэффициента пористости e, коэффициента водонасыщения Sr, числа пластичности Ip, показателя текучести IL следует проводить согласно ГОСТ 25100.

Максимальную плотность песка ρmax следует определять вибрационным методом в соответствии с приложением Р. При наличии в песке пылеватых и глинистых частиц свыше 15% в программе лабораторных исследований могут быть назначены испытания по ГОСТ 22733. Рекомендуемый метод определения минимальной плотности песка ρmin приведен в приложении Р.

Нормативные значения физических характеристик вычисляют путем статистической обработки частных результатов в соответствии с ГОСТ 20522. Расчетные значения всех показателей кроме ρ и ρd следует принимать равными нормативным. Для определения расчетного значения ρd используют расчетное значение ρ и нормативное значение w.

Характеристики нескальных грунтов

5.14 Определение характеристик прочности грунтов в стабилизированном состоянии (в эффективных напряжениях) tgφ' и c' следует выполнять методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248).

Определение прочности грунтов в нестабилизированном состоянии (сопротивление недренированному сдвигу cu) следует выполнять методом трехосного сжатия по неконсолидированно-недренированной (в особых случаях - по консолидированно-недренированной схеме).

5.14а Для оснований и сооружений III— IV классов при соответствующем обосновании допустимо для определения tgφ' и c' использовать метод одноплоскостного среза по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248) и (или) по консолидированнонедренированной схеме с измерением порового давления.

Для оснований и сооружений III и IV классов допускается при соответствующем обосновании для определения cu использовать метод одноплоскостного среза по неконсолидированно-недренированной схеме («быстрый срез»).

Примечания:

  1. Характеристики прочности tgφ и c в нестабилизированном состоянии (в полных напряжениях) определяются в исключительных случаях только для специально обоснованных расчетных схем.
  2. При определении значений tgφ', c' и cu для инженерно-геологических схем допускается использовать методы статического зондирования и вращательного среза.

5.15 Нормативные и расчетные значения характеристик tgφ' и c' следует определять применительно к гипотезе прочности Кулона или Кулона-Мора путем статистической обработки всех пар предельных значений максимальных и минимальных главных напряжений, полученных методом трехосного сжатия (либо пар значений нормальных и предельных касательных напряжений, полученных методом одноплоскостного среза) в соответствии с ГОСТ 20522.

5.16 Расчетные значения характеристик tgφ'I, c'I и cuI следует вычислять, используя коэффициент надежности по грунту γg при односторонней доверительной вероятности α = 0,95.

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

Расчетные значения характеристик tgφ'II, c'II и cuII следует принимать равными нормативным их значениям.

5.17 Для грунтов оснований сооружений I-III классов дополнительно к испытаниям указанными лабораторными методами следует проводить испытания в полевых условиях методами статического и динамического зондирования, вращательного среза, а для оснований бетонных и железобетонных сооружений - методом сдвига штампов. Испытания указанными методами и определение по их результатам нормативных значений характеристик , и cuII следует проводить для условий, соответствующих основным расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

5.18 При испытаниях крупнообломочных грунтов допускается применение моделирования гранулометрических составов и методов, включающих получение экспериментальных зависимостей характеристик прочностных и деформационных свойств испытуемого грунта от параметров плотности сложения и гранулометрического состава.

При проектировании искусственных оснований из крупнообломочных грунтов (галечников, горной массы и т. п.) кроме указанных выше характеристик следует по результатам лабораторных и полевых опытно-производственных испытаний определять допустимые диапазоны изменения гранулометрического состава, контрольных значений плотности сухого грунта и влажности грунта, укладываемого в основание. При определении деформационных характеристик и диапазонов изменения указанных выше параметров разрешается использование экспериментально обоснованных методов.

5.19 Нормативные значения статического модуля деформации En нескальных грунтов следует определять по результатам полевых штамповых и прессиометрических опытов, а также по результатам компрессионных испытаний и (или) испытаний методом трехосного сжатия согласно требованиям ГОСТ 12248. Для грунтов оснований сооружений I и II классов проведение испытаний методом трехосного сжатия является обязательным.

Траектории нагружения образцов и методики обработки результатов испытаний должны учитывать историю нагружения грунтового массива (значение давления предуплотнения p'c и степень переуплотнения грунта), диапазоны изменения напряжений в РГЭ и метод расчета или модельного исследования, для которых предназначены расчетные характеристики.

Примечание.
В приложении Б приведен метод определения значений давления предуплотнения p'c и степень переуплотнения грунта. Для грунтов шельфа при оценке степени их переуплотнения допустимо использовать результаты статического зондирования в соответствии с рекомендациями приложения Р.

В том случае, если ожидаемое максимальное давление на элемент основания превышает давление предуплотнения p'c, следует определять не только вторичный E's, но и первичный E'p модули деформации. Вторичный модуль E's определяется по компрессионной кривой в интервале напряжений от бытового на изучаемой глубине до p'c. Первичный модуль E'p определяется по компрессионной кривой в интервале напряжений от p'c до максимального ожидаемого напряжения на изучаемой глубине.

5.19а Нормативные значения E'p,n и E's,n могут назначаться как постоянными, так и переменными по глубине.

Для оснований сооружений IV класса расчетные значения Е допускается принимать по таблицам, приведенным в СП 22.13330, с введением коэффициента mci принимаемого по приложению В.

Модуль деформации скальных, мерзлых грунтов на стадии обоснования инвестиций может быть определен с помощью сейсмоакустических методов. Расчетные значения модулей деформации E's и E'p следует принимать равными нормативным.

5.20 Коэффициент уплотнения a определяется методом компрессионного либо трехосного сжатия согласно ГОСТ 12248. Нормативные значения an должны определяться в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициента уплотнения следует принимать равными нормативным.

5.21 Нормативные значения коэффициентов поперечной деформации vn рекомендуется определять по результатам испытаний методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме с независимым измерением продольных и поперечных деформаций образца грунта. Значения vn следует определять как средние арифметические частных значений этой характеристики, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зависимостям измеряемых в опытах величин.

Расчетные значения коэффициента поперечной деформации v следует принимать равными нормативным.

При отсутствии экспериментальных значений v расчетные значения коэффициента v при обосновании допускается принимать по таблице 3.

Таблица 3. СП 23.13330.2011

Грунты

Коэффициент поперечной деформации v

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

0,20-0,30

Крупнообломочные грунты

0,27

0,20-0,25

Примечание. Меньшие значения v принимаются при большей плотности грунта.

5.22 Для предварительных расчетов оснований сооружений I-III классов, а также для окончательных расчетов оснований сооружений IV класса допускается при обосновании определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам из СП 22.13330 в зависимости от их физических характеристик. Для отдельных районов допускается пользоваться региональными таблицами характеристик грунтов, специфических для этих районов, приведенными в территориальных строительных нормах.

5.23 Для обоснования безопасной и надежной работы системы «сооружение - основание» при динамических воздействиях необходимо определить:

  • величину динамического сопротивления недренированному сдвигу ;
  • динамику роста избыточного порового давления в несвязных и связных грунтах в процессе динамического воздействия и величину избыточного порового давления после завершения динамического воздействия;
  • величину постциклической прочности грунтов (прочности грунтов после завершения динамического воздействия);
  • динамические модули сдвига Gd, объемного сжатия Kd и коэффициент демпфирования Dd в процессе динамического воздействия, которые необходимы для определения возникающих в грунте дополнительных деформаций и сдвигающих напряжений.

Под динамическими воздействиями следует понимать напряжения и деформации, возникающие в грунтовом основании при совместной работе системы «сооружение - основание» под действием сейсмических, волновых или ледовых нагрузок. Каждая из нагрузок характеризуется продолжительностью Т, характерной частотой f пиковыми значениями касательных напряжений τmax и τmin. Указанные характеристики - результат построения модели внешнего воздействия, существенно упрощающий реальный, негармонический и нерегулярный характер силового взаимодействия сооружения с грунтовым основанием.

5.24 Динамические параметры прочности грунтов являются интегральными характеристиками и одновременно зависят как от физико-механических свойств грунтов, так и от параметров внешних воздействий. Метод определения параметров прочности при динамических воздействиях - расчетно-экспериментальный с использованием последовательных приближений. Прочность грунтов при динамических воздействиях следует определять на основе гипотезы о возможности линейного независимого суммирования результатов внешних воздействий (накопления повреждений) Палмгрена-Майнера. Основой расчетно-экспериментальных оценок динамических характеристик являются результаты полевых (статическое зондирование, ультразвуковое зондирование, сейсмозондирование) и лабораторных испытаний грунтов.

5.25 Задача лабораторных экспериментальных исследований - определение уровня циклических напряжений при заданном уровне статических напряжений, выдерживаемых грунтом до разрушения (в условиях заданного НДС). Программа испытаний должна учитывать различные потенциальные формы потери устойчивости системы "сооружение-основание", а также прогнозируемые уровни статических и циклических напряжений в основании. При формировании программы лабораторных испытаний допускается рассматривать не все виды внешних воздействий, а лишь наихудшие, с точки зрения возможной потери устойчивости сооружением. Консерватизм получаемых оценок должен быть подтвержден имеющимися данными исследований динамических свойств грунтов в отечественной и мировой практике. Перенос результатов лабораторных испытаний на натурные условия требует соответствующего научного обоснования и использования нетривиальных подходов к комплексной оценке взаимного влияния циклического характера нагружения, длительности его воздействия, нелинейного характера реакции грунта как двухфазной среды на внешние воздействия, нелинейного в целом процесса накопления повреждаемости в грунте как сплошной среде и т.д. Особенности программы и методики проведения лабораторных динамических испытаний грунтов, методики интерпретации и представления результатов приведены в приложении Б.

5.26 Динамические характеристики прочности как связных, так и несвязных грунтов следует определять в долях от статической прочности, причем они должны устанавливаться для каждого вида воздействий индивидуально. Параметрами для сравнения выступают эффективный угол внутреннего трения φ для несвязных грунтов и сопротивление недренированному сдвигу cu для связных грунтов, полученные по результатам статических испытаний. Для несвязных грунтов при ограниченной дренирующей способности основания и однородном напряженно-деформированном состоянии прочность описывается введением так называемого динамического угла трения

,(3а)

где ΔU - накопленное за время расчетного воздействия избыточное поровое давление.

σ'vo - эффективные напряжения при консолидации.

5.27 Нормативные значения параметров ползучести δcrp,n и δ1,crp,n определяются как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученных для расчетов осадок по результатам компрессионных испытаний и для расчетов горизонтальных смещений - по результатам сдвиговых испытаний. При этом испытания должны проводиться с фиксацией деформаций во времени на каждой ступени нагрузки. Частные значения δcrp и δ1,crp,n следует определять исходя из зависимости

,(4)

где ∈t,i - частные значения деформации компрессионного сжатия (при компрессионных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испытаниях) в момент времени t;

o,i - частные значения мгновенной деформации компрессионного сжатия (при компрессионных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испытаниях). Расчетные значения δcrp,n и δ1,crp,n следует принимать равными нормативным.

При обосновании могут быть использованы и другие расчетные модели.

5.28 Нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента консолидации cv,n = cv определяется как среднее арифметическое из частных значений этой характеристики, полученных по результатам испытаний в одометрах (применительно к одномерной задаче) в соответствии с ГОСТ 12248. Допускается определение cv методом трехосного сжатия по консолидированно-недренированной схеме (приложение Б).

Для оснований сооружения III-IV классов, а на ранних стадиях проектирования и для оснований сооружений I и II классов 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 при условии, что эти показатели определены опытным путем.

5.29 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 k следует принимать равными нормативным.

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

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

Таблица 4. СП 23.13330.2011

Грунт

Расчетный осредненный критический градиент напора Icr,m

Песок:

мелкий

0,32

средней крупности

0,42

крупный

0,48

Супесь

0,6

Суглинок

0,8

Глина

1,35

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 равным 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 равным 1,5, а при деформируемой пригрузке - 2,0.

5.31 исключен

5.32 Нормативные значения теплофизических характеристик следует определять по результатам полевых и лабораторных определений, расчетные значения следует принимать равными нормативным.

5.33 Расчетное значение коэффициента трения на контакте негрунтового сооружения с грунтом основания, tgφ's в случае отсутствия результатов прямых определений назначается не более 2/3 величины tgφ' грунта верхнего слоя основания, контактирующего с поверхностью сооружения.

Характеристики скальных грунтов

5.34 Нормативные значения предела прочности образца 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 и в полевых условиях. В лабораторных условиях допускается также применять косвенные методы испытаний (например, с использованием соосных пуансонов, сферических индикаторов).

5.35 Частные значения пределов прочности на сжатие и растяжение массива следует определять экспериментально в полевых условиях: на сжатие - методом одноосного сжатия скальных целиков, на растяжение - 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 при односторонней доверительной вероятности α=0,95. Расчетные значения характеристик RcII, RtII, Rc, mII и Rt, mII принимаются равными их нормативным значениям.

При обосновании расчетные значения Rt,m,II в направлениях, не совпадающих с нормалями к плоскостям трещин, допускается принимать по таблице 5, а в направлениях, совпадающих с нормалями к плоскостям сплошных трещин, принимать равными нулю.

Таблица 5. СП 23.13330.2011

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, приуроченных к контакту бетон-скала; расчетов устойчивости по поверхностям сдвига, не приуроченным 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

более 20

преимущественно с песчаным заполнителем

преимущественно с глинистым заполнителем

tgφII

cII, МПа

tgφI, tgφIIg

cI, cIIg, МПа

tgφI, tgφIIg

cI, cIIg, МПа

tgφI, tgφIIg

cI, cIIg, МПа

tgφI, tgφIIg

cI, cIIg, МПа

tgφI, tgφIIg

cI, cIIg, МПа

Ri,m,II, МПа

1

Скальные (массивные, крупноблочные, слоистые, плитчатые, очень слабо- и слаботрещиноватые, невыветрелые) c 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

0,05

-0,17

3

Скальные (массивные, крупноблочные, блочные, слоистые, плитчатые сильно и очень сильнотрещиноватые) с 15 < Rc* ≤ 50 МПа; скальные слабовыветрелые, слаботрещиноватые) c 5 < Rc* ≤ 15 МПа

1,3

1,0

0,80

0,2

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

0,75

0,15

0,65

0,05

0,55

0,03

0,50

0,03

0,45

0,02

-0,05

* 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, cIIg - на коэффициент 1,2.
  3. Приведенные в таблице характеристики соответствуют водонасыщенному состоянию массива грунта.

5.36 Нормативные значения параметров tgφn и cn 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 tgφn и cn следует производить с учетом условий, соответствующих всем расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

5.37 Обработку результатов испытаний для определения нормативных и расчетных значений tgφ и c следует производить так же, как для нескальных грунтов (см. 5.16 и 5.17).

5.38 Для оснований сооружений III и IV классов, а также для оснований сооружений I и II классов на стадии технико-экономического обоснования строительства расчетные значения tgφI,II и cI,II, предназначенные для расчетных схем, допускается принимать по таблице 5 с использованием аналогов, корреляционных связей и т.д. Значения tgφI,II и cI,II для оснований сооружений I и II классов на стадиях проекта и рабочей документации при соответствующем обосновании 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 c, предназначенных для составления инженерно-геологических схем (моделей).

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

5.40 Деформационные характеристики массивов скальных пород (En, vn) следует определять по результатам испытаний как методами статического нагружения скального грунта (En и vn), так и динамическими (сейсмоакустическими или ультразвуковыми) методами по результатам измерения скоростей продольных vp,n и поперечных vs,n волн. На предварительных стадиях проектирования при отсутствии прямых измерений скоростей волн допускается использовать данные таблицы С.1 приложения С.

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.

5.41 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 значения En и vn допускается также определять исходя из корреляционной зависимости между статической (En и vn) и динамической (vp,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 обоснования инвестиций 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, vp,n, vs,n могут также определяться по единой нормативной зависимости данной характеристики от координаты.

5.42 Расчетные значения модуля деформации следует определять в соответствии с указаниями ГОСТ 20522. При этом значения EII, используемые 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 экспериментальных исследований следует учитывать возможное влияние на искомые параметры таких факторов, как различные инженерные мероприятия (выемка скалы, укрепительные инъекции), вызванные трещиноватостью (анизотропия, неоднородность, нелинейная деформируемость пород, ползучесть), а также выявленные особенности строения и свойств грунта.

В тех случаях когда указанные выше влияющие факторы не могут быть учтены непосредственно в ходе опытов, в полученные по результатам экспериментов частные значения характеристик необходимо вводить расчетные коррективы с помощью соответствующих коэффициентов условий работы. Значения этих коэффициентов должны определяться на основе результатов специально проводимых или проведенных ранее (для аналогичных условий) экспериментальных или теоретических исследований.

На стадии обоснования инвестиций расчетные значения модуля деформации скальных массивов E 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. Расчетные значения v массивов скального грунта допускается определять по аналогам.

5.43 Нормативные значения коэффициента фильтрации kn и удельного водопоглощения qn следует определять как средние геометрические значения результатов, полученных при испытаниях, выполненных одинаковым методом в соответствии с ГОСТ 23278. В сложных гидрогеологических условиях (резко выраженная анизотропия фильтрационных свойств, карст, неопределенность граничных условий и др.) нормативное значение 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 равными нормативным.

5.44 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,j 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.

5.45 Исключен

5.46 По деформируемости, прочности и фильтрационным свойствам в различных направлениях массивы скальных грунтов следует считать изотропными при коэффициенте анизотропии не более 3 и анизотропными - при коэффициенте анизотропии более 3.

5.47 Для сильнодеформируемых (при E < 1000 МПа), легковыветриваемых, сильнотрещиноватых, размокающих и набухающих под воздействием воды скальных и полускальных грунтов следует применять состав и методы определения их физико-механических характеристик и расчетов, соответствующие как скальным, так и нескальным грунтам.

6 Инженерно-геологическая и расчетная схематизация оснований