СП 23.13330.2018 Основания гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85 (с Изменением N 1)

СВОД ПРАВИЛ

СП 23.13330.2018 Основания гидротехнических сооружений
Foundation of hydraulic structures
Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85
(с Изменением N 1)


Дата введения: 2019-02-14


Статус: действующий

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сведения о своде правил

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

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

4 УТВЕРЖДЕН Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 13 августа 2018 г. N 513/пр и введен в действие с 14 февраля 2019 г.

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Пересмотр СП 23.13330.2011

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 18 июля 2019 г. N 410/пр c 19.01.2020


Оглавление

Введение
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 гидротехнических сооружений
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 гидротехнических сооружений
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. Лабораторные и полевые методы определения характеристик грунтов шельфа
Приложение Г. Динамические характеристики грунтов
Приложение Д. Определение модулей деформации оснований для расчета перемещений сооружений
Приложение Е. Трехмерные инженерно-геологические модели оснований
Приложение Ж. Расчет устойчивости сооружений на сдвиг по поверхности неоднородного основания
Приложение И. Расчет устойчивости сооружений при сдвиге с поворотом в плане
Приложение К. Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях по схемам глубинного и смешанного сдвигов
Приложение Л. Определение контактных напряжений методом внецентренного сжатия
Приложение М. Определение контактных напряжений для сооружений на однородных песчаных основаниях методом экспериментальных эпюр
Приложение Н. Определение осадки основания методом послойного суммирования
Приложение П. Определение осадки основания при среднем давлении под подошвой сооружения, превышающем расчетное сопротивление грунта
Приложение Р. Определение степени первичной консолидации грунта
Приложение С. Определение конечных горизонтальных перемещений гравитационных сооружений с горизонтальной подошвой на нескальных основаниях
Приложение Т. Основные буквенные обозначения
Приложение У. Инженерно-геологические задачи изучения оснований ГТС и основные геофизические методы их решения
Приложение Ф. Контроль качества геосинтетических материалов
Библиография




Введение

Настоящий свод правил разработан с учетом требований федеральных законов от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

Работа выполнена авторским коллективом АО "ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева" (руководитель работы - канд. техн. наук А.П.Пак, д-р техн. наук В.Б.Глаговский, д-р геол.-мин. наук О.Н.Воронков, канд. техн. наук В.С.Прокопович, канд. техн. наук С.А.Соснина, канд. техн. наук М.Г.Лопатина, Т.Ю.Векшина, И.Н.Белкова).



1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование оснований морских и речных гидротехнических сооружений (далее - ГТС) всех видов и классов согласно СП 58.13330, в том числе гравитационных, арочных и контрфорсных плотин, подпорных стенок, шлюзов, шельфовых и портовых сооружений, а также естественных склонов и искусственных откосов на участках расположения гидротехнических сооружений.

Свод правил не распространяется на проектирование подземных гидротехнических сооружений.



2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 9.049-91 Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов

ГОСТ 2678-94 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 6943.16-94 Стекловолокно. Ткани. Нетканые материалы. Методы определения массы на единицу площади

ГОСТ 10681-75 Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения

ГОСТ 11262-80 (СТ СЭВ 1199-78) Пластмассы. Метод испытания на растяжение

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

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

ГОСТ 16971-71 Швы сварных соединений из винипласта, поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена. Методы контроля качества. Общие требования

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 29104.1-91 Ткани технические. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей

ГОСТ 29104.2-91 Ткани технические. Метод определения толщины

ГОСТ 29104.16-91 Ткани технические. Метод определения водопроницаемости

ГОСТ 32490-2013 (ISO 10722:2007) Материалы геосинтетические. Метод оценки механического повреждения гранулированным материалом под повторяемой нагрузкой

ГОСТ 32491-2013 Материалы геосинтетические. Метод испытания на растяжение с применением широкой ленты

ГОСТ 32804-2014 (EN 13251:2000) Материалы геосинтетические для фундаментов, опор и земляных работ. Общие технические требования

ГОСТ 33067-2014 (EN 13256:2005, EN 13491:2006) Материалы геосинтетические для туннелей и подземных сооружений. Общие технические требования

ГОСТ 33069-2014 (EN 13253:2005) Материалы геосинтетические для защиты от эрозии (береговая защита). Общие технические требования

ГОСТ EN 13416-2011 Материалы кровельные и гидроизоляционные гибкие битумосодержащие и полимерные (термопластичные или эластомерные). Правила отбора образцов

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

ГОСТ Р 50276-92 Материалы геотекстильные. Метод определения толщины при определенных давлениях

ГОСТ Р 50277-92 (ИСО 9864-90) Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности

ГОСТ Р 51372-99 Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость при воздействии агрессивных и других специальных сред для технических изделий, материалов и систем материалов. Общие положения

ГОСТ Р 52608-2006 Материалы геотекстильные. Методы определения водопроницаемости

ГОСТ Р 53226-2008 Полотна нетканые. Методы определения прочности

ГОСТ Р 53238-2008 Материалы геотекстильные. Метод определения характеристики пор

ГОСТ Р 55030-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения прочности при растяжении

ГОСТ Р 55031-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к ультрафиолетовому излучению

ГОСТ Р 55032-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к многократному замораживанию и оттаиванию

ГОСТ Р 55033-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения гибкости при отрицательных температурах

ГОСТ Р 55035-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к агрессивным средам

ГОСТ Р 56336-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические. Метод определения стойкости к циклическим нагрузкам

ГОСТ Р 56339-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения ползучести при растяжении и разрыва при ползучести

ГОСТ Р 56586-2015 Геомембраны гидроизоляционные полиэтиленовые рулонные. Технические условия

ГОСТ Р ИСО 10776-2014 Материалы геотекстильные и изделия из них. Определение характеристик водопроницаемости под нагрузкой в направлении, перпендикулярном плоскости образца

ГОСТ Р ИСО 13433-2014 Материалы геосинтетические. Метод определения перфорации при динамической нагрузке (испытание падающим конусом)

СП 14.13330.2018 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах"

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

СП 39.13330.2012 "СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов" (с изменениями N 1, N 2, N 3)

СП 41.13330.2012 "СНиП 2.06.08-87 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений"

СП 45.13330.2017 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты" (с изменением N 1)

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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).



3 Термины и определения

В настоящем своде правил приняты следующие 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.

3.1а геосинтетика: Материал, в котором как минимум один компонент изготовлен из синтетического полимера в виде полотна, лент или трехмерной структуры, используемый в контакте с грунтом (почвой) и (или) другими строительными материалами для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, защитных, фильтрующих, дренирующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в транспортном, трубопроводном строительстве и гидротехнических сооружениях.
[ГОСТ Р 53225-2008, статья 3.2.1]

3.1б геотекстильный материал (геотекстиль): Плоский водопроницаемый синтетический или натуральный текстильный материал (нетканый, тканый или трикотажный), используемый в контакте с грунтом и (или) другими материалами в транспортном, трубопроводном строительстве и гидротехнических сооружениях.
[ГОСТ Р 53225-2008, статья 3.2.2]

3.1в грунт: Любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.
[ГОСТ 25100-2011, статья 3.8]

3.1а-3.1в. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

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 ограждающие конструкции 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 и на прилегающей к сооружению территории, сбора и отвода профильтровавшихся вод.

3.5 инженерно-геологическая модель; ИГМ: 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 статистически однородны и изменяются случайно (незакономерно) или 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: Смещение массива грунта или горных пород, вследствие воздействия различных природных и техногенных факторов.

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 и вызывает потерю устойчивости грунта со значительным нарастанием смещений и 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 его характеристик 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 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 фильтрационная прочность: Способность основания сопротивляться деструктивному воздействию фильтрационного потока.

3.22 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, 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)

где 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 - коэффициент сочетаний нагрузок;

γc - коэффициент условий работы.

Определение коэффициентов γn, γlc, γc приведено в 4.5.

4.4 Нагрузки и воздействия на основание следует определять 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 предельным состояниям:

  • первой группы (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;
  • второй группы (непригодность к нормальной эксплуатации) - расчеты местной, в том числе, фильтрационной прочности оснований, перемещений и деформаций, не относящихся к расчетам по первой группе.

Деление расчетов по предельным состояниям двух групп 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 назначением соответственно и менее жестких расчетных условий. В связи с этим в условии (1) коэффициенты надежности принимают следующие значения:

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

Значения коэффициента γc устанавливаются в зависимости от видов сооружений, оснований и расчетов в соответствующих разделах настоящего свода правил.

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, вызывающей недопустимые потери воды из водохранилищ и каналов или подтопление и заболачивание территорий, обводнение склонов и т.д.;
  • неравномерных перемещений различных участков основания, вызывающих разрушения отдельных частей сооружений, недопустимые по условиям их дальнейшей эксплуатации (нарушение ядер, экранов и других противофильтрационных элементов земляных плотин и дамб, недопустимое раскрытие трещин бетонных сооружений, выход из строя уплотнений швов и т.п.).

По предельным состояниям первой группы следует также выполнять расчеты прочности и устойчивости отдельных элементов сооружений, расчеты перемещений конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружения в целом или его основных элементов (например, анкерных опор шпунтовых подпорных стен).

К предельным состояниям первой группы 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, должны рассчитываться на устойчивость по предельным состояниям первой группы. Исключение - случаи, когда потеря устойчивости таких откосов не приводит сооружение в состояние, непригодное к эксплуатации, и тогда расчеты откосов следует проводить по предельным состояниям второй группы.

4.5.2 Расчеты по второй группе должны выполняться для недопущения 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 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 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 предельных состояний первой группы.

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 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 проекте оснований сооружений должна быть предусмотрена программа по геотехническому контролю подготовки оснований и соответствия его требованиям проекта и нормативных документов (НД).

Геотехнический контроль производится службой геотехнического контроля, которая организуется строительной организацией к началу земляных работ и действует на протяжении всего периода строительства до полного окончания работ.

Контроль качества оснований должен проводиться для:

  • проверки обеспечения значений физико-механических характеристик грунтов, принятых в расчетах при проектировании сооружений с учетом конструкций и технологии их возведения;
  • накопления и анализа данных о физико-механических характеристиках грунтов с целью выявления закономерностей их изменений, возникающих в процессе строительства, и, в случае необходимости, внесения корректировки в НД на возведение земляных сооружений и оснований.

4.9 Геотехнический контроль качества грунта в основании и грунта, уложенного в земляное сооружение, осуществляется путем визуальных наблюдений, отбора проб грунта из основания и исследования физических, механических и химических характеристик этого грунта и грунтовой воды в соответствии с действующими НД по определению свойств и характеристик грунтов.

Обеспечение в процессе строительства сооружений проектных физико-механических характеристик грунтов оснований определяет надежность и долговечность работы сооружений.

Достоверная оценка надежности и долговечности работы оснований и грунтовых сооружений может быть произведена при правильном выборе:

  • физико-механических характеристик грунта, подлежащих изучению в процессе возведения сооружения и его основания;
  • число проб грунта (точек контроля);
  • места отбора проб грунта (контакт материала ядра со скалой и др.);
  • объема пробы грунта, который устанавливается в соответствии с размерами его частиц;
  • методов контроля, которые выбираются из НД или разрабатываются в зависимости от технологии возведения сооружения.

Основные положения контроля качества подготовки оснований, сложенных нескальными и скальными грунтами, строительного водопонижения и работ по укреплению оснований приведены в разделе 12.

4.10 В проектах оснований сооружений должна быть предусмотрена программа мониторинга, главная задача которого - обеспечение безопасности строительства и эксплуатации сооружений, выявление опасных процессов 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 природной средой. При необходимости программа должна уточняться на каждом этапе с учетом изменения реальных условий.

4.11 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 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.

Вышеуказанные показатели определяются с использованием результатов инструментальных измерений. В дополнение к ним следует предусматривать и визуальные наблюдения 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, инцидентов и их последствий с целью предотвращения чрезвычайных ситуаций.

4.12 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 эксплуатации (согласно 4.11) 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 сооружений IV класса и их оснований 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. КИА устанавливается на сооружениях IV класса и в их основаниях при обосновании для сложных инженерно-геологических условий и при использовании новых конструкций сооружений.
  2. На сооружениях IV класса проводятся наблюдения за фильтрацией в основании, осадками и смещениями сооружения и его основания.

4.13 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.

4.14 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.

4.15 Санитарную и экологическую экспертизу должны проходить как материалы, используемые при строительстве (привозные или местные), химические добавки и реагенты, так и результаты 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, установленных 4.2.

5.2 Классификацию грунтов оснований гидротехнических сооружений следует выполнять согласно ГОСТ 25100, таблице 1 и приложению А, рассматривая приведенные в них характеристики грунтов как классификационные.

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 е;
  • влажность на границах раскатывания wp и текучести wL;
  • число пластичности Ip;

    показатель текучести IL;

    коэффициент водонасыщения Sr;

    максимальную ρmax и минимальную ρmin плотность песков;

    степень плотности песков ID;

    степень неоднородности гранулометрического состава Cu;

    относительное содержание органического вещества Ir;

    относительную деформацию набухания без нагрузки εsw;

    относительную деформацию просадочности εs1εs1;

    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;

    температуру грунта Т;

    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.

Таблица 1. СП 23.13330.2018

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) Е, 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

> 5

≥ 1,0

> 2000

Полускальные

 

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

2,2 - 2,65

≤ 5

< 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.

5.4 Для проектирования оснований гидротехнических сооружений необходимо также определять:

  • давление предуплотнения рʹc;
  • угол внутреннего трения и удельное сцепление в эффективных напряжениях φʹ, cʹ и в полных напряжениях φ, с;
  • сопротивление недренированному сдвигу сu;
  • показатель чувствительности St;
  • модуль деформации Е;
  • коэффициент уплотнения (сжимаемости) а;
  • коэффициент поперечной деформации v;
  • коэффициент фильтрации k;
  • коэффициент консолидации cv;
  • параметры ползучести δcrp и δ1,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 сud;
  • динамический модуль сдвига Gd;
  • динамический модуль объемного сжатия Kd;
  • динамический коэффициент затухания (демпфирования) Dd;
  • потенциал разжижения при сейсмических воздействиях FL;
  • высоту капиллярного поднятия hс;
  • удельное водопоглощение q;
  • параметры трещин (модуль трещиноватости М, угол падения β, длину l, ширину раскрытия b);
  • параметры заполнителя трещин (степень заполнения, состав, характеристики);
  • 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 значения 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.

5.7 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 раздела 6. Оценка неоднородности грунтов основания, выделение ИГЭ и РГЭ и вычисление нормативных и расчетных значений характеристик выполняются путем статистической обработки результатов испытаний в соответствии с ГОСТ 20522 и разделом 6.

5.8 Нормативные значения характеристик грунтов Хn 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 Хn всех характеристик следует принимать их средние статистические значения.

Расчетные значения характеристик грунтов X должны определяться по формуле

,(2)

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

Для 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, Е, φ) и глинистых грунтов текучей консистенции (OCR, Е, cu) следует назначать с учетом их значений, полученных по результатам статического зондирования. Методики интерпретации результатов статического зондирования морских грунтов приведены в приложении В.

5.9 Расчетные значения характеристик грунтов tgφ, с, сu, 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 вычислении расчетных значений tgφI, cI, cuI, ρI и RcI коэффициент надежности по грунту γd определяется при односторонней доверительной вероятности α = 0,95. Расчетные значения характеристик для расчетов по предельным состояниям второй группы следует принимать равными нормативным, т.е. при значении γg = 1.

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

В случаях, когда одноименные характеристики грунтов определялись различными полевыми и лабораторными методами, обоснование расчетных значений для проектирования следует выполнять обобщением и геотехническим анализом 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). Характеристики должны быть определены для естественного и прогнозного (после оттаивания) состояний массива.

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 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.

Характеристики нескальных грунтов

5.14 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 е, коэффициента водонасыщения Sr, числа пластичности Iр, показателя текучести IL следует производить согласно ГОСТ 25100.

Максимальную плотность песка ρmax следует определять вибрационным методом в соответствии с приложением В. При наличии в песке пылеватых и глинистых частиц более 15% в программе лабораторных исследований могут быть назначены испытания согласно ГОСТ 22733. Минимальную плотность ρmin вычисляют делением массы грунта на объем, зафиксированный одним из методов, приведенных в приложении В.

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.

5.15 Определение характеристик прочности грунтов в стабилизированном состоянии (в эффективных напряжениях) tgφʹ и cʹ следует выполнять методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248). Для оснований и сооружений III - IV классов допускается использовать метод одноплоскостного среза по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248) и/или по консолидированно-недренированной схеме с измерением порового давления.

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

Примечания:

  1. Характеристики прочности tgφ и с в нестабилизированном состоянии (в полных напряжениях) определяются в исключительных случаях только для обоснованных расчетных схем.
  2. При определении значений tgφʹ, сʹ и си для инженерно-геологических схем рекомендуется также использовать методы статического зондирования и вращательного среза.

5.16 Нормативные и расчетные значения характеристик tgφʹ и cʹ 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 (или пар значений нормальных и предельных касательных напряжений, полученных методом одноплоскостного среза) в соответствии с ГОСТ 20522.

5.17 Расчетные значения характеристик tgφʹI, сʹI и сuI, следует вычислять, используя коэффициент надежности по грунту γg при односторонней доверительной вероятности α = 0,95.

Если полученное таким образом значение γg 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 tgφʹII, cʹII и сuII следует принимать равными их нормативным значениям.

5.18 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 характеристике tgφʹn, сʹn и сun следует проводить для условий, соответствующих основным расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

5.19 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.

5.20 Определение модуля деформации

5.20.1 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 - 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 предварительного уплотнения рʹс 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 рʹс и коэффициентов переуплотнения грунта. Для грунтов шельфа при оценке степени их переуплотнения допускается использовать результаты статического зондирования в соответствии с приложением В.

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

5.20.2 Нормативные значения Еʹp,n и s,n могут назначаться как постоянными, так и переменными по глубине.

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

Модуль деформации скальных и мерзлых грунтов на стадии обоснования инвестиций может быть определен с помощью сейсмоакустических методов.

Расчетные значения модулей деформации s и Еʹр следует принимать равными нормативным.

5.20.3 Для анизотропных грунтов оснований ГТС программой испытаний следует предусматривать определение деформационных свойств грунтов по главным осям анизотропии.

5.21 Коэффициент уплотнения а определяется методом компрессионного или трехосного сжатия согласно ГОСТ 12248. Нормативные значения аn должны определяться в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициента уплотнения следует принимать равными нормативным.

5.22 Нормативные значения коэффициента 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 коэффициента поперечной деформации vn следует определять как средние арифметические частных значений этой характеристики, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зависимостям, получаемым в отдельных испытаниях.

Расчетные значения коэффициента поперечной деформации v следует принимать равными нормативным.

При отсутствии экспериментальных значений коэффициента v его расчетные значения допускается принимать по таблице 2.

Таблица 2. СП 23.13330.2018

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.

5.23 Для предварительных расчетов оснований сооружений I - III классов и для окончательных расчетов оснований сооружений IV класса допускается определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам СП 22.13330 в зависимости от их физических характеристик или по региональным таблицам характеристик грунтов, специфических для рассматриваемых районов, приведенным в территориальных строительных нормах.

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

  • значение динамического сопротивления недренированному сдвигу сud;
  • динамику роста избыточного порового давления в несвязных и связных грунтах в процессе динамического воздействия и значение избыточного порового давления после завершения динамического воздействия;
  • значение 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 T, 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.

5.25 Динамические параметры прочности грунтов - интегральные характеристики, одновременно зависящие 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. Основа расчетно-экспериментальных оценок динамических характеристик - результаты полевых (статическое зондирование, ультразвуковое зондирование, сейсмозондирование) и лабораторных испытаний грунтов.

5.26 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 разрешается рассматривать не все виды внешних воздействий, а только наихудшие с точки зрения возможной потери устойчивости сооружением. Особенности программы и методики проведения лабораторных динамических испытаний грунтов, методики интерпретации и представления результатов приведены в приложении Б.

5.27 Динамические характеристики прочности как связных, так и несвязных грунтов следует определять в долях статической прочности, причем они должны устанавливаться для каждого вида воздействий индивидуально. Параметры для сравнения: 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, определяемого по формуле

,(3)

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

σʹvo - эффективные напряжения при консолидации.

5.28 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 следует определять, исходя из формулы

,(4)

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

ε0,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.

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

Для оснований сооружений III - IV классов, а на ранних стадиях проектирования и для оснований сооружений I - II классов применительно к одномерной задаче разрешается 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.

5.30 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 пять раз, следует определять коэффициенты фильтрации по главным осям анизотропии. Расчетные значения коэффициента фильтрации k следует принимать равными нормативным.

Примечание.
Для сооружений III - IV классов расчетные значения коэффициентов фильтрации грунтов основания определяются по данным лабораторных или полевых исследований, по аналогам, а также расчетом, используя другие физико-механические характеристики грунтов.

5.31 Расчетные значения осредненного критического градиента напора Icr,m в основании сооружения с дренажем следует принимать по таблице 3.

Таблица 3. СП 23.13330.2018

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 или 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.

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

5.33 Расчетное значение коэффициента трения на контакте негрунтового сооружения с грунтом основания tgφʹs в случае отсутствия результатов прямых определений назначается не более 2/3 значения tgφʹ 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 Rc,I и Rt,I следует определять в соответствии с ГОСТ 20522 при односторонней доверительной вероятности α = 0,95. Расчетные значения характеристик Rc,II, Rt,II, Rc,m,II и Rt,m,II 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 4, а в направлениях, совпадающих с нормалями к плоскостям сплошных трещин, принимать равными нулю.

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

Испытания указанными методами и определение по их результатам нормативных значений tgφn и сn 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 с следует производить также, как для нескальных грунтов (см. 5.16 и 5.17).

5.38 Для оснований сооружений III - IV классов, а также для оснований сооружений I - II классов на стадии технико-экономического обоснования строительства расчетные значения tgφI,II и сI,II, предназначенные для расчетных схем, допускается принимать по таблице 4 с использованием аналогов, корреляционных связей и т.д. Значения tgφI,II и сI,II для оснований сооружений I - II классов на стадиях проекта и рабочей документации при соответствующем обосновании также допускается принимать по таблице 4, если расчеты с использованием этих характеристик не определяют габариты сооружений. Данными этой таблицы допускается пользоваться во всех случаях при определении значений tgφ и с, предназначенных для составления инженерно-геологических схем (моделей).

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

5.40 Деформационные характеристики массивов скальных пород (Еn, vn) следует определять по результатам испытаний как методами статического нагружения скального грунта (Еn и vn), так и динамическими (сейсмоакустическими или ультразвуковыми) методами по результатам измерения скоростей продольных υp,n и поперечных υs,n волн.

На предварительных стадиях проектирования при отсутствии прямых измерений скоростей волн допускается использовать обобщенные сведения о динамических характеристиках грунтов верхней части разреза в натурных условиях.

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.

Таблица 4. СП 23.13330.2018

Категория грунта

Грунты основания

Расчетные значения характеристик 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 бетона - скала

устойчивости, физического моделирования и расчетов местной прочности для поверхностей и площадок сдвига, приуроченных к контакту бетон - скала; 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) с Rc* > 50 МПа

1,8

2,0

0,95

0,4

0,8

0,15

0,70

0,1

0,6

0,1

0,55

0,05

-0,25

2

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

1,5

1,7

0,85

0,3

0,8

0,15

0,70

0,1

0,6

0,1

0,55

0,05

-0,17

3

Скальные (массивные, крупноблочные, блочные, слоистые, плитчатые сильно и очень сильнотрещиноватые) с 15 < Rc* < 50 МПа; скальные (слабовыветрелые, слаботрещиноватые) с 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 сI, cIIg - на коэффициент 1,2.
  3. Приведенные в таблице характеристики соответствуют водонасыщенному состоянию массива грунта.

5.41 Нормативные значения характеристик деформируемости массивов скальных грунтов и упругих динамических характеристик для ИГЭ и/или РГЭ следует определять как средние арифметические их частных значений, полученных в отдельных испытаниях. Нормативные значения Еn и vn допускается также определять, исходя из корреляционной зависимости между статической (Еn и vn) и динамической (υр,n или υs,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 - IV классов, а также для оснований сооружений I - II классов на стадии обоснования инвестиций при определении нормативных значений корреляционную зависимость с динамическими характеристиками допускается при обосновании принимать на основе обобщения результатов испытаний для аналогичных инженерно-геологических условий.

Значения v массивов скального грунта допускается определять по аналогам.

Для РГЭ нормативные значения Еn, vn, υр,n, υs,n могут также определяться по единым нормативным зависимостям от координаты.

5.42 Расчетные значения модуля деформации следует определять в соответствии с ГОСТ 20522. При этом значения ЕII, 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 случаях, когда указанные выше влияющие факторы не могут быть учтены непосредственно в ходе испытаний, 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 Е допускается определять на основе аналоговых корреляционных связей этой характеристики с характеристиками других свойств - водопроницаемостью, воздухопроницаемостью и другими, установленными по результатам испытаний в изучаемом скальном массиве.

Расчетные значения коэффициента поперечной деформации v следует принимать равными нормативным.

5.43 Нормативные значения коэффициента фильтрации kn и удельного водопоглощения qn следует определять как среднегеометрические значения результатов, полученных при испытаниях, выполненных одним 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) υcr,j,n следует определять по результатам суффозионных испытаний заполнителя трещин (прослоек, зон дробления) и образцов самих породных блоков.

Расчетные значения υcr,j следует принимать равными нормативным.

Для оснований сооружений III - IV классов, а при соответствующем обосновании и для оснований сооружений I - II классов значения υcr,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 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.

5.46 Для сильнодеформируемых (при Е < 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

6.1 Проектирование оснований и прогноз изменения их состояния в процессе эксплуатации гидротехнических сооружений следует выполнять на основе инженерно-геологических и расчетных геомеханических, геофильтрационных, теплофизических и других моделей (схем).

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

Расчетные модели используют при расчетах механической и фильтрационной прочности основания, устойчивости и напряженно-деформированного состояния (осадки, смещения) системы «сооружение-основание», разработке конструкций сооружений, обосновании их технической надежности, экологической безопасности и экономической целесообразности.

6.2 Инженерно-геологическая модель (схема) основания, синтезирующая информацию о его строении и свойствах, должна представлять собой совокупность ИГЭ, каждый из которых должен быть охарактеризован инженерно-геологическими и гидрогеологическими признаками и наделен постоянными нормативными и расчетными значениями классификационных, а при необходимости - и других физико-механических свойств грунтов.

Инженерно-геологическая модель должна быть представлена в виде набора карт, разрезов и срезов по различным характерным сечениям, отражающим необходимые для проектирования сооружения признаки и показатели грунтового массива основания. Для оснований наиболее ответственных объектов должна быть разработана объемная модель (см. приложение Е).

Кроме ИГЭ инженерно-геологическая модель должна содержать характеристику опасных природных процессов, включая их пространственное распространение, закономерности развития и интенсивность проявления.

6.3 Инженерно-геологическая модель должна обеспечивать построение специализированных моделей основания, в первую очередь геомеханической и геофильтрационной. Неточности и ошибки при определении контуров ИГЭ в инженерно-геологической модели неизбежно понизят достоверность геомеханической и геофильтрационной моделей, поскольку контуры ИГЭ в них одни и те же. Поэтому инженерно-геологическая модель предполагает включение «избыточной информации и опережающей детальности» для выявления «слабого звена» в грунтовом основании.

Для геомеханической модели «слабые звенья» - следующие факторы:

  • наличие в основании сильнодеформируемых грунтов;
  • наличие под разными частями фундамента грунтов с различными значениями модуля деформации;
  • переменная мощность разнодеформируемых слоев в пределах одного фундамента;
  • наличие потенциально сдвигоопасных слоев и прослоев (чаще всего влажных или обводненных грунтов глинистого состава: глин, суглинков, супесей) и др.

Для геофильтрационной модели «слабые звенья»:

  • наличие сильноводопроницаемых слоев: гравий, галька, гравелистый песок и др.;
  • наличие суффозионно неустойчивых грунтов;
  • наличие минерализованных вод, агрессивных к бетонным и металлическим конструкциям, и др.

6.4 Размеры ИГЭ инженерно-геологической модели не должны быть существенно меньше размеров конструктивных элементов фундамента сооружения. Исключение из этого правила составляют ИГЭ, выступающие в роли «слабых звеньев»: маломощные прослои глинистых грунтов (потенциальные плоскости сдвига), в слабопроницаемом основании наличие песчаных линз небольших размеров при наличии гидравлической связи между ними (пути фильтрации) и т.п.

Исходными материалами для построения инженерно-геологической модели должны служить:

  • инженерно-геологические разрезы, полученные по результатам бурения и геофизических исследований с указанием на них ИГЭ;
  • база данных бурения с выделенными ИГЭ, абсолютными отметками их кровли и подошвы;
  • база данных определения физико-механических характеристик свойств грунтов выделенных ИГЭ;
  • база данных результатов опытно-фильтрационных работ с указанием ИГЭ;
  • таблицы нормативных характеристик свойств выделенных ИГЭ;
  • выявленные тренды характеристик свойств грунтов в зависимости от глубины их залегания.

6.5 Расчетные геомеханическая, геофильтрационная и другие модели (схемы) основания должны представлять собой совокупность РГЭ, каждый из которых должен быть охарактеризован необходимым для расчетов (или экспериментов) набором характеристик. Разработка расчетных моделей должна основываться на инженерно-геологических схемах.

Для одного и того же объекта при необходимости составляют несколько расчетных схем, каждая из которых должна быть привязана к конкретному методу и виду расчета (или эксперимента).

6.6 Выделение ИГЭ и РГЭ следует выполнять в соответствии с ГОСТ 20522. Для определения границ ИГЭ наряду с результатами лабораторных испытаний грунтов следует использовать данные полевых исследований методами статического и динамического зондирований, вращательного среза и др. Проверка правильности выделения ИГЭ выполняется сравнением фактических значений коэффициента вариации характеристик с допустимыми согласно ГОСТ 20522.

При выделении РГЭ следует использовать все характеристики, входящие в рассматриваемую расчетную схему.

6.7 ИГЭ и РГЭ наделяются нормативными и расчетными значениями физико-механических характеристик грунтов в соответствии с ГОСТ 20522.



7 Расчеты устойчивости (несущей способности) оснований

Основные положения

7.1 Расчеты устойчивости (несущей способности) системы «сооружение-основание» следует производить для сооружений всех классов по предельным состояниям первой группы; расчеты устойчивости склонов (массивов) следует производить в зависимости от последствий их разрушения по предельным состояниям первой или второй группы в соответствии с 4.5.1 и 4.5.2.

7.2 При расчете устойчивости (несущей способности) системы «сооружение-основание» и склонов условие (1) принимает вид

,(5)

где F и R - расчетные значения соответственно обобщенных сдвигающих сил и сил предельного сопротивления или моментов сил, стремящихся сдвинуть (повернуть) и удержать систему «сооружение-основание» или склон. При их определении используют коэффициенты надежности по нагрузкам γf и по грунту γg, определяемые по 7.3 и разделу 5.

Коэффициенты γn, γlc принимают в соответствии с 4.5, коэффициент условий работы γс - по таблице 5.

Таблица 5. СП 23.13330.2018

Типы сооружений и оснований

Коэффициент условий работы γс

Гравитационные:

 

бетонные, железобетонные, металлические и другие сооружения на нескальных и полускальных основаниях

1,0

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

 

приуроченных к трещинам

1,0

не приуроченных к трещинам

0,95

Распорные сооружения:

 

арочные плотины

0,75

другие распорные сооружения на скальных основаниях

1,0 - Е/Т,
Е - распор;
Т - сдвигающая нагрузка

Естественные откосы и склоны

1,0

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

7.3 При определении расчетных нагрузок коэффициенты надежности по нагрузкам γf следует принимать согласно СП 58.13330.

Примечания:

  1. В случаях, когда в расчетах используется не равнодействующая нагрузок (сил), а ее проекции, коэффициенты надежности по нагрузке должны вводиться к равнодействующей или приниматься одинаковыми (повышающими или понижающими) ко всем проекциям.
  2. Все нагрузки от грунта (вертикальное давление от веса грунта, боковое давление грунта) следует определять по расчетным значениям характеристик грунта tgφI,II, сI,II, γI,II, принимая при этом коэффициенты надежности по нагрузкам равными единице. При этом расчетные значения характеристик грунта принимаются больше или меньше их нормативных значений в зависимости от того, какие из них приводят к невыгодным условиям загружения системы «сооружение-основание».
  3. Сочетания нагрузок и воздействий должны устанавливаться в соответствии с практической возможностью одновременного их действия на сооружение. При этом любая кратковременная нагрузка не вводится в сочетание, если она увеличивает устойчивость сооружения.
  4. Если при определении расчетных значений нагрузок нельзя установить, какое значение γf (большее или меньшее) приводит к наиболее невыгодному случаю загружения сооружения, то следует выполнять сопоставительные расчеты при обоих значениях коэффициентов надежности по нагрузке.

7.4 Расчеты устойчивости системы «сооружение-основание» и склонов следует производить методами, учитывающими все условия равновесия в предельном состоянии.

Допускается применять и другие методы расчета, результаты которых проверены опытом проектирования, строительства и эксплуатации сооружений.

В расчетах устойчивости следует рассматривать все физически и кинематически возможные схемы потери устойчивости сооружений, систем «сооружение-основание», склонов (массивов).

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

Для систем «сооружение-основание» и склонов, работающих в пространственных условиях, используется решение объемной задачи или решение плоской задачи с учетом сил трения и сцепления по боковым поверхностям сдвигаемого массива грунта и сооружения. При этом для сооружений с фиксированными боковыми поверхностями, параллельными направлению сдвига, давление на боковые поверхности принимается равным давлению покоя.

Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях

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

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

Для сооружений I класса, кроме перечисленных расчетов устойчивости, следует производить оценку степени их устойчивости на основе анализа результатов расчетов напряженно-деформированного состояния системы «сооружение-основание».

7.7 Расчеты устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига следует производить для всех сооружений, несущих вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Для сооружений расчеты устойчивости следует производить только по схеме плоского сдвига в следующих случаях:

1) основания сооружений сложены песчаными, крупнообломочными, твердыми (IL < 0) и полутвердыми (0 ≤ IL ≤ 0,25) пылевато-глинистыми грунтами при выполнении условий:

  • а) для случая равномерной нагрузки и эксцентриситета в сторону верховой грани сооружения:

;(6)

  • б) при эксцентриситете ер равнодействующей всех сил, приложенных к сооружению в сторону низовой грани сооружения:

;(7)

2) основания сооружений сложены тугопластичными (0,25 < IL ≤ 0,5) и мягкопластичными (0,5 < IL ≤ 0,75) глинистыми грунтами при выполнении условия (6) или (7) и следующих дополнительных условий:

;(8)

;(9)

где Nσ - число моделирования;

σm, σm* - среднее нормальное напряжение соответственно при ширине b и b*;

b - размер стороны (ширина) прямоугольной подошвы сооружения, параллельной сдвигающей силе (без учета длины анкерного понура); b* = b - 2ер;

ер - эксцентриситет в сторону низовой грани сооружения нормальной силы Р в плоскости подошвы, равный расстоянию от точки пересечения с подошвой фундамента равнодействующей всех сил до оси сооружения;

γI - удельный вес грунта основания, принимаемый ниже уровня воды с учетом ее взвешивающего действия;

N0 - безразмерное число, принимаемое для плотных песков N0 = 1; для остальных грунтов N0 = 3;

IL - показатель текучести;

tgψI - расчетное значение коэффициента сдвига;

tgφI, cI, сu,I - расчетные значения характеристик прочности грунта основания с учетом степени его консолидации под нагрузкой от сооружения к расчетному моменту и возможного их снижения в зоне промораживания-оттаивания [при строительстве в северной строительно-климатической зоне (ССКЗ)];

cv0 - коэффициент степени консолидации грунта;

k - коэффициент фильтрации грунта;

е - коэффициент пористости грунта в естественном состоянии;

t0 - время возведения сооружения;

а - коэффициент уплотнения; при его определении учитывается изменение е и σ во всем диапазоне изменения нагрузок на основание;

γw - удельный вес воды;

h0 - расчетная толщина консолидируемого слоя, принимаемая для сооружения с шириной подошвы b, на части которой bd расположен дренаж, равной:

  • а) для однослойного основания:
  • при наличии водоупора, залегающего на глубине h1(h1Нс); (Нс - см. 11.6.2)

;(10)

  • при залегании в основании дренирующего слоя на глубине h1(h1Нс)

;(11)

  • б) для двухслойного основания с толщинами слоев h1 и h2:
  • при наличии водоупора и при k1k2(h1 + h2Нс)

;(12)

  • при наличии дренирующего слоя на глубине h1 + h2(h1 + h2Нс)

.(13)

Примечания:

  1. За верховую грань сооружения следует принимать грань, со стороны которой действует сдвигающая нагрузка; за низовую грань сооружения - грань, в направлении которой проверяется возможность сдвига.
  2. Настоящий пункт не распространяется на случаи, когда особенности конструкции или сооружения и геологического строения основания, а также распределение нагрузок предопределяют глубинный сдвиг.

7.8 При расчете устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига за расчетную поверхность сдвига следует принимать:

  • при плоской подошве сооружения - плоскость опирания сооружения на основание с обязательной проверкой устойчивости по горизонтальной поверхности сдвига, проходящей через верховой край подошвы (выбор плоской горизонтальной подошвы сооружения требует специального обоснования);
  • при наличии в подошве сооружения верхового и низового зубьев:
  • при глубине заложения верхового зуба, равной или большей низового, - плоскость, проходящую через подошву зубьев, а также горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба;
  • при глубине заложения низового зуба более глубины заложения верхового зуба - горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба (при этом все силы следует относить к указанной плоскости, за исключением давления воды и пассивного давления грунта со стороны низовой грани сооружения, которые надлежит относить к плоскости, проходящей по подошве низового зуба);
  • при наличии в основании сооружения каменной постели - плоскости, проходящие по контакту сооружения с постелью и постели с грунтом; при наличии у каменной постели заглубления в грунт следует рассматривать также наклонные плоскости или ломаные поверхности, проходящие через постель;
  • при наличии в основании зон, слоев или прослоек слабых грунтов, в том числе в зонах промораживания-оттаивания, следует дополнительно оценивать степень устойчивости сооружения применительно к расчетным плоскостям, проходящим в этих зонах или слоях.

7.9 При расчете устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига (без поворота) при горизонтальной плоскости сдвига значения R = Rpl и F в условиях (5) следует определять по формулам:

;(14)

,(15)

где Rpl - расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге;

Р - сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок (включая противодавление);

tgφI, cI, сu,I - характеристики прочности грунта по расчетной поверхности сдвига, причем cI, сu,I учитываются только на той части площади основания, на которой отсутствуют растягивающие напряжения;

γ′с - коэффициент условий работы, учитывающий зависимость реактивного давления грунта с низовой стороны сооружения от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости, принимаемый по результатам экспериментальных или теоретических исследований; при их отсутствии значение γ′с принимается равным 0,7;

Ep,tw, Еa,hw - соответственно расчетные значения горизонтальных составляющих силы пассивного давления грунта с низовой стороны сооружения и активного давления грунта с верховой стороны;

А - площадь проекции на поверхность сдвига подошвы сооружения, в пределах которой учитывается сцепление;

Rg - горизонтальная составляющая силы сопротивлений свай, анкеров и т.д.;

F - расчетное значение сдвигающей силы;

Thw, Тtw- суммы горизонтальных составляющих расчетных значений активных сил, действующих соответственно со стороны верховой и низовой граней сооружения, за исключением активного давления грунта.

Примечание.
Для вертикально- и наклонно-слоистых оснований tgφI и сI следует определять по приложению Ж как средневзвешенные значения характеристик грунтов всех слоев с учетом перераспределения нормальных контактных напряжений между слоями пропорционально их модулям деформации.

7.10 Если расчетная сдвигающая сила F приложена с эксцентриситетом в плоскости подошвы , расчет устойчивости сооружений следует производить по схеме плоского сдвига с поворотом в плане (l и b - размеры сторон прямоугольной подошвы сооружения).

Эксцентриситет eF и силу предельного сопротивления при плоском сдвиге с поворотом в плане Rpl,t = αtRpl следует определять относительно центра тяжести эпюры распределенных по подошве сооружения предельных касательных напряжений τlim = σtgφI + сI.

7.11 Расчет устойчивости сооружений по схеме глубинного сдвига следует производить:

  • для всех типов сооружений, несущих только вертикальную нагрузку;
  • при несоблюдении условий, приведенных в 7.7, - для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки, расположенных на неоднородных основаниях.

7.12 Расчеты устойчивости сооружений по схеме смешанного сдвига следует производить для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки и расположенных на однородных основаниях, если не соблюдаются условия, приведенные в 7.7.

7.13 Расчеты устойчивости сооружений на однородных основаниях по схеме глубинного и смешанного сдвига допускается производить методами теории предельного равновесия, а на неоднородных основаниях - методами, оперирующими расчлененной на элементы призмой обрушения, сдвигаемой по ломаным или круглоцилиндрическим поверхностям сдвига.

7.14 Устойчивость сооружений I класса надлежит оценивать также с помощью численного моделирования разрушения основания. Напряженно-деформированное состояние системы «сооружение-основание» при таком моделировании следует определять по нелинейным моделям грунта, дающим статически допустимые поля напряжений. Значения параметров нелинейных моделей грунта назначаются по нормативным значениям деформационных и расчетным значениям прочностных характеристик грунтов основания.

Для численного моделирования разрушения при расчете НДС системы пропорционально увеличивают действующие на сооружение нагрузки или пропорционально уменьшают значения параметров внутреннего трения грунтов tgφI и сI. О наступлении разрушения при таких расчетах следует судить по моменту резкого роста расчетных смещений, достижению критических деформаций или отсутствию сходимости итерационного процесса решения нелинейной задачи. Достигнутый к моменту разрушения коэффициент перегрузки или коэффициент снижения прочности на сдвиг принимается в качестве коэффициента устойчивости.

7.15 При расчете устойчивости сооружений на основаниях, сложенных пылевато-глинистыми грунтами с коэффициентом водонасыщения Sr ≥ 0,85 и коэффициентом степени консолидации сv0 < 4, следует учитывать нестабилизированное состояние грунта основания одним из приведенных ниже способов:

  • принимая характеристики прочности tgφI и сI, соответствующими степени консолидации грунта основания к расчетному моменту (т.е. полным напряжениям) или сu,I, и не учитывая при этом в расчетах наличие избыточного порового давления, обусловленного консолидацией грунта;
  • учитывая по поверхности сдвига действие избыточного порового давления, возникающего при консолидации грунта (определяемое экспериментальным или расчетным путем), и принимая значения характеристик прочности tgφI′ и сI′, соответствующими полностью консолидированному состоянию грунта (т.е. эффективным напряжениям).

7.16 При расчетах устойчивости сооружений на водонасыщенных нескальных основаниях, воспринимающих кроме статических также динамические нагрузки, следует учитывать их влияние на несущую способность грунтов, обуславливающее снижение (против определенного в статических условиях) сопротивления недренированному сдвигу связных грунтов и возникновение избыточного порового давления в несвязных грунтах. Избыточное поровое давление при этом определяют расчетным путем или по результатам экспериментальных исследований.

Расчет устойчивости сооружений на скальных основаниях

7.17 Расчеты устойчивости сооружений на скальных основаниях, скальных откосов и склонов следует выполнять по схемам сдвига по плоским или ломаным расчетным поверхностям. При этом определяющими являются результаты расчета по той схеме, которая показывает наименьшую надежность сооружения (откоса, склона).

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

При плоской расчетной поверхности сдвига следует учитывать две возможные схемы нарушения устойчивости:

  • поступательный сдвиг;
  • сдвиг с поворотом в плане.

При ломаной расчетной поверхности сдвига следует учитывать три возможные расчетные схемы:

  • сдвиг вдоль ребер ломаной поверхности (продольный);
  • сдвиг поперек ребер ломаной поверхности (поперечный);
  • сдвиг под углом к ребрам ломаной поверхности сдвига.

При выборе расчетной схемы следует исходить из статически и кинематически возможных схем потери устойчивости сооружения и нарушения прочности основания и учитывать, что опасными могут быть как поверхности, привязанные к различным контурам ослабления (к контакту сооружения с основанием, к системам трещин или единичным трещинам, разломам, зонам дробления в скальном массиве), так и поверхности, проходящие внутри трещиноватого скального массива в направлениях, не совпадающих с трещинами.

В зависимости от конкретных условий следует рассматривать возможность потери устойчивости сооружения или счастью основания, или без него.

7.18 При расчете устойчивости потенциально опасными могут быть поверхности сдвига, проходящие:

  • по области контакта сооружения с основанием;
  • внутри основания;
  • частично по области контакта и частично внутри основания.

При этом следует учитывать, что первая из указанных видов поверхностей сдвига наиболее вероятна для сооружений на основаниях преимущественно с горизонтальной (или близкой к горизонтальной) поверхностью как в пределах контакта с сооружением, так и вне его (для гравитационных и контрфорсных плотин, подпорных стен и др.). Вторая и третья разновидности поверхностей сдвига наиболее вероятны для сооружений, возводимых в узких ущельях или с заглубленной в основание подошвой, в том числе для гравитационных и арочных плотин, для подпорных стен, на крутых склонах и т.д., а также при ступенчатой подошве сооружения.

7.19 Выбор схемы нарушения устойчивости сооружения или откоса (склона) и определение расчетных поверхностей сдвига следует производить, используя данные анализа инженерно-геологических структурных моделей, отражающих основные элементы трещиноватости скального массива (ориентировку, протяженность, мощность, шероховатость трещин, их частоту и т.д.) и наличие ослабленных прослоев и областей.

При оценке устойчивости скальных откосов необходимо учитывать, что характер их обрушения в значительной степени определяется геологическим строением (структурой) и геомеханическими характеристиками скального массива, на основании анализа которых и производится выбор расчетной схемы и метода расчета.

Для скальных откосов потенциально опасны поверхности ослабления скального массива (трещины, слабые прослои, тектонические зоны и т.п.).

7.20 При оценке устойчивости опорных береговых массивов гидротехнических сооружений (например, арочных плотин) или любых других скальных массивов при ломаной поверхности сдвига, где смещение массива может быть рассмотрено состоящим из перемещений в двух взаимно пересекающихся направлениях, необходимо рассматривать сдвиг под углом к ребрам ломаной поверхности (продольно-поперечный сдвиг).

Метод оценки устойчивости береговых упорных массивов должен основываться на следующих исходных положениях:

  • расчетные опорные скальные блоки рассматриваются как неизменяемое твердое тело;
  • в рассмотрение вводятся силы без учета их моментов;
  • разложение главного вектора приложенных к блоку активных сил на составляющие производится на направления нормалей к плоскостям сдвига и направление линии их пересечения;
  • условие, определяющее кинематику смещения массива, состоящего из виртуальных перемещений в двух взаимно пересекающихся направлениях, - направление главного вектора приложенных сил под углом к ребрам ломаной поверхности сдвига (продольно-поперечный сдвиг);
  • условие для перехода от сдвига по граням двугранного угла вдоль линии их пересечения к сдвигу по одной из плоскостей - равенство нулю или отрицательное значение составляющей главного вектора приложенных сил, нормальной к другой из плоскостей сдвига;
  • надежность берегового упора определяется результатом расчета наименее устойчивого из выделенных блоков.

7.21 Оценку устойчивости сооружений на скальных основаниях, скальных откосов и склонов рекомендуется также производить на основе анализа результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния системы «сооружение-основание». Для оценки устойчивости по НДС системы «сооружение-основание» для скальных оснований рекомендуется методика численного моделирования разрушения, аналогичная изложенной в 7.14.

7.22 При расчете устойчивости сооружений и скальных склонов по схеме сдвига вдоль ребер ломаной поверхности (продольный сдвиг) наиболее часто встречается случай сдвига расчетного блока по двум плоскостям, образующим двугранный угол, в направлении вдоль его ребра. Эта расчетная схема применима для скального массива или сооружения, рассматриваемого как единое твердое тело. Силы, воздействующие на расчетный блок призмы обрушения в какой-либо точке или зоне, принимаются как действующие на весь блок в целом. При оценке по этой схеме устойчивости опорных береговых массивов гидротехнических сооружений (например, арочные плотины) возможное смещение расчетного блока поперек призматической поверхности сдвига (поперек ребер) не учитывается.

7.23 При расчете устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поступательного и продольного сдвигов значения параметров, входящих в условие (5), необходимо определять по формулам:

;(16)

,(17)

где F, R - см. формулу (5);

Т - активная сдвигающая сила (проекция равнодействующей расчетной нагрузки на направление сдвига);

Pi - равнодействующая нормальных напряжений (сил), возникающих на i-м участке поверхности сдвига от расчетных нагрузок;

Rg - сила сопротивления, ориентированная против направления сдвига, возникающая от анкерных усилий и т.д.;

n - число участков поверхности сдвига, назначаемое с учетом неоднородности основания по прочностным и деформационным свойствам;

tgφI,II,i и cI,II,i - расчетные значения характеристик скальных грунтов для i-го участка расчетной поверхности сдвига, определяемые в соответствии с требованиями раздела 5;

Аi - площадь i-го участка расчетной поверхности сдвига;

Ed - расчетная сила сопротивления упорного массива (обратной засыпки), определяемая по 7.24.

7.24 Расчетное значение силы сопротивления упорного массива или обратных засыпок следует определять по формуле

,(18)

где Ep,d - расчетное значение силы пассивного сопротивления.

Для упорного массива, содержащего поверхности ослабления, по которым этот массив может быть сдвинут, значение Еp,d следует определять без учета характеристик tgφ и с по упорной грани по формуле

,(19)

где Qg - вес призмы выпора;

А - площадь поверхности сдвига призмы выпора;

α - угол наклона поверхности сдвига (плоскости ослабления) призмы выпора к горизонту;

φI,II, cI,II - расчетные значения характеристик грунтов по поверхности сдвига (выпора);

γ′с - коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от соотношения модулей деформации грунта упорного массива (обратной засыпки) Es и основания Ef;

  • при
  • при
  • при определяется линейной интерполяцией;

Еr - давление покоя, определяемое по формуле

,(20)

где γ - удельный вес грунта упорного массива (обратной засыпки);

v - коэффициент поперечной деформации грунта упорного массива;

h - высота упора на контакте с сооружением или откосом.

Примечания:

  1. Сопротивление упорного массива следует учитывать только в случае обеспечения плотного контакта сооружения или откоса с ним.
  2. Силу Ep,d следует принимать горизонтальной независимо от наклона упорной грани массива.

7.25 Расчеты устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поперечного сдвига допускается производить, расчленяя призму обрушения (сдвига) на взаимодействующие элементы.

Расчленение призмы обрушения (сдвига) на элементы производят в соответствии с характером поверхности сдвига, структурой скального массива призмы и распределением действующих на нее сил. В пределах каждого элемента по поверхности сдвига характеристики прочности скального грунта принимают постоянными.

Выбор направлений расчленения призмы обрушения на элементы и расчетного метода следует производить с учетом геологического строения массива. При наличии пересекающих призму обрушения (сдвига) поверхностей ослабления, по которым возможно достижение предельного равновесия призмы, плоскости раздела между элементами следует располагать по этим поверхностям ослабления.

Расчет устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме поперечного сдвига в условиях плоской задачи следует производить в зависимости от выбранного направления расчленения призмы обрушения (сдвига) на взаимодействующие элементы по любому расчетному методу, удовлетворяющему условиям равновесия в предельном состоянии как для каждого расчетного элемента (группы элементов) призмы, так и для всей призмы обрушения (сдвига) в целом. Допускается использовать для расчетов устойчивости методы, несоответствующие в полной мере вышеприведенным условиям, однако эти методы должны быть апробированы практикой и использоваться в тех пределах, когда результаты расчетов по ним согласуются с результатами расчетов устойчивости по методам, удовлетворяющим всем условиям равновесия в предельном состоянии.

7.26 Для оценки устойчивости сооружений на скальных основаниях и скальных откосов, относимых к I классу, при сложных инженерно-геологических условиях в дополнение к расчету рекомендуется проводить исследования на моделях.

При экспериментальных исследованиях на моделях оснований сооружений или скальных склонов должны в соответствии с механическими условиями подобия (пород натуры и материала модели) воспроизводиться также наиболее важные особенности натурного массива: структура скального массива, его неоднородность и анизотропия деформационных и прочностных свойств. В первую очередь при этом должны находить отражение потенциально опасные нарушения (трещины, разломы и т.д.) натурного массива.

7.27 При расчете устойчивости сооружений и скальных откосов (склонов) по схеме сдвига с поворотом в плане следует учитывать возможное уменьшение сопротивления сдвигу R против значений сил, устанавливаемых в предположении поступательного движения.



8 Фильтрационные расчеты основания

8.1 При проектировании основания гидротехнического сооружения необходимо обеспечивать фильтрационную прочность грунтов, устанавливать допустимые по технико-экономическим показателям фильтрационные расходы и противодавление фильтрующейся воды на подошву сооружения.

В зависимости от конструктивного обустройства подземного контура сооружения и гидрогеологических характеристик оснований надлежит определять:

  • распределение напора фильтрационного потока вдоль подземного контура сооружения в каждом из выбранных сечений (створов) расчетной области основания;
  • расходы и градиенты напора фильтрационного потока внутри расчетной области основания, особенно в местах сопряжений расчетных грунтовых элементов с резко отличающимися фильтрационными свойствами, и на участках разгрузки потока (при высачивании на откосы, в дренажные устройства и т.п.);
  • силовое воздействие фильтрационного потока на массив грунта основания;
  • общую и местную фильтрационную прочность грунтов в основании, причем общую фильтрационную прочность следует оценивать для нескальных грунтов основания, а местную - для всех классов грунтов;
  • содержание в грунтовых водах в растворенном виде окислов марганца или железа с целью предотвращения разгрузки этих вод в дренажные устройства или выбора специальных дренажных конструкций, устойчивых к хемогенному кольматажу (заилению) нерастворимыми соединениями марганца или железа;
  • устойчивость к химической суффозии сцементированных гипсом грунтов и иных содержащихся в грунте водорастворимых структурообразующих минералов;
  • конструкцию и характеристики дренажного и противофильтрационного обустройства основания сооружения, а также схемы размещения в нем измерительной и регистрирующей аппаратуры, с помощью которой следует контролировать параметры фильтрационных потоков (полей) и суффозионную устойчивость грунтов.

8.2 Формирование фильтрационных полей в выбранных створах основания надлежит определять путем моделирования фильтрационного потока на физических или численных моделях, позволяющих получать картину распределения напора и градиент - скоростные характеристики потока как в области ламинарной фильтрации, так и при необходимости при квадратичном режиме течения фильтрующейся воды.

По результатам моделирования должна быть установлена «активная зона» основания, за пределами которой возможное изменение характеристик слагающих его грунтов существенно не повлияет на условия формирования фильтрационного поля в расчетном створе. Размеры расчетной области должны быть не меньше зоны, ограниченной радиусом «активной зоны» фильтрации: Ra ≈ 2Hmax, где Hmax - максимальный напор на сооружении. В простых, поддающихся несложной схематизации, случаях фильтрационные расчеты выполняются аналитическими методами.

Расчеты и моделирование фильтрационного потока должны осуществляться на базе данных, полученных при инженерных изысканиях и достаточно полно отражающих геологическую структуру грунтового массива основания, с выделением в нем наиболее характерных по своим фильтрационным свойствам участков, попадающих в «активную зону» области фильтрации, учитывая возможное изменение этих свойств во времени (вследствие увеличения или уменьшения напряжений и деформаций в грунтовой толще основания, криогенных и микробиологических процессов и т.п.).

8.3 При выполнении фильтрационных расчетов для грунтовых плотин необходимо учитывать дополнительное обводнение верхних мелкозернистых слоев грунтовой толщи (выше поверхности депрессии) вследствие образования в них пассивной «капиллярной каймы», непосредственно связанной с зоной полного водонасыщения и участвующей в формировании фильтрационного потока. Для этого следует использовать значения, приведенные в таблице 6.

Таблица 6. СП 23.13330.2018

Вид грунта в зоне капиллярного водоудержания

Высота пассивного зависания «капиллярной каймы» Нк, м

Песок среднезернистый

0,12 - 0,35

Песок мелкозернистый

0,35 - 1,0

Супесь

1 - 3

Суглинок

3 - 6

Глина легкая

6 - 12

8.4 Фильтрационную прочность основания следует оценивать, сопоставляя полученные в результате моделирования значения характеристик фильтрационных полей (градиенты напора, скорости фильтрации) с их критическими значениями.

Если в основании сооружения залегают нескальные грунты, необходимо также определять общую фильтрационную прочность, исходя из условия (1). При этом параметр F0 полагается равным осредненному градиенту напора Iest,m вдоль подземного контура сооружения, определяемому для сооружений I - II классов по методу удлиненной контурной линии. За значение R0 принимается расчетный критический градиент напора Icr,m, численные значения которого приведены в 5.31.

Коэффициенты надежности γn и γ следует принимать по разделу 4 по предельным состояниям первой группы. Коэффициент γс в этом случае равен единице.

8.5 Местную фильтрационную прочность нескального основания, которая, в отличие от общей, обусловлена исключительно конкретными проявлениями (видами) нарушения суффозионной устойчивости грунтов, необходимо определять только в следующих областях основания:

  • в месте выхода (разгрузки) фильтрационного потока из толщи основания в нижний бьеф, дренажное устройство, борта и дно строительного котлована и т.п.;
  • в прослойках суффозионно неустойчивых грунтов;
  • в местах с большим падением напора фильтрационного потока, например при обтекании подземных преград;
  • на участках контакта грунтов с существенно разными фильтрационными свойствами и структурой.

Местную фильтрационную прочность нескального основания следует оценивать, исходя из общего условия (1), полагая F0 и R0 равными соответственно местному градиенту напора Iest в рассматриваемой области основания и местному критическому градиенту напора Icr, определяемым по 5.31.

Местную фильтрационную прочность скального основания надлежит оценивать аналогичным образом, исходя из условия (1), в котором параметры F0 и R0 принимаются равными соответственно средней скорости движения воды в трещинах массива основания υest,j и критической скорости движения воды в трещинах υcr,j определяемым по 5.31.

Коэффициенты γn, γlc и γс при оценках местной прочности принимаются такими же, как при расчетах общей фильтрационной прочности.

8.6 При выборе системы дренажного и противофильтрационного обустройства основания проектируемого сооружения необходимо учитывать инженерно-геологические, гидрогеологические, гидрологические условия участка сооружения, условия его эксплуатации и требования по охране окружающей среды в части подтопления, заболачивания прилегающей территории, активизации карстово-суффозионных процессов и т.п.

Система дренажных и противофильтрационных мероприятий должна использоваться для предотвращения нарушения устойчивости склонов в нижних бьефах сооружений, бассейнов гидроаккумулирующих электростанций и бассейнов суточного регулирования, а также для предотвращения негативного влияния изменения гидрогеологического режима основания в процессе строительства и эксплуатации проектируемого гидротехнического сооружения (или его строительного котлована) на существующие сооружения, конструкции и инженерные коммуникации.

8.7 Устройство противофильтрационных завес обязательно в случаях, когда основание сложено фильтрующими слабоводоустойчивыми и быстрорастворимыми, а также суффозионно неустойчивыми грунтами (гипс, ангидрит, каменная соль, засоленные и загипсованные, а также сильноразнозернистые грунты и т.д.), а также в случаях необходимости предотвращения нежелательных фильтрационных потерь. При водостойких, несуффозионных грунтах устройство завесы должно быть обосновано.

8.8 Противофильтрационные устройства (завесы, понуры, экраны) должны выполняться из малопроницаемых материалов, коэффициент фильтрации которых как минимум в 20 раз меньше коэффициента фильтрации основания. Толщина противофильтрационной завесы должна обеспечивать непревышение критического градиента, определяющего фильтрационную прочность самой завесы. На участках сопряжения завесы с подошвой сооружения для уменьшения градиентов напора фильтрационного потока в этом месте и дополнительного уплотнения грунта для предотвращения его суффозии в проекте следует предусматривать местное усиление завесы.

8.9 При близком залегании слабопроницаемых грунтов противофильтрационную завесу следует сопрягать с водоупором; при глубоком залегании водоупора рассматривается висячая завеса.

Параметры противофильтрационной завесы (глубину, длину, толщину и местоположение в основании сооружений) следует обосновывать расчетом или результатами экспериментальных исследований. Для сооружений III - IV классов параметры противофильтрационной завесы обосновываются расчетом или принимаются по аналогам.

8.10 При проектировании скальных оснований высоких бетонных плотин следует учитывать, что под напорной гранью в процессе подъема уровня верхнего бьефа (УВБ) может возникнуть зона разуплотнения значительных размеров с разрывом противофильтрационной завесы, многократным увеличением фильтрационных расходов, а также с заметным увеличением противодавления. В связи с этим в проекте должны быть оценены размеры этих зон и предусмотрены технические и технологические решения, обеспечивающие возможность восстановления требуемой водонепроницаемости завесы - как в процессе строительства и подъема УВБ, так и в процессе эксплуатации сооружения.

8.11 В месте сопряжения противофильтрационных устройств грунтовых плотин со скальными грунтами основания или берегами в проектах следует предусматривать укладку и уплотнение грунта, устойчивого к суффозии и способного кольматировать трещины в скале.

8.12 В проектах оснований водоподпорных сооружений в качестве мероприятия по снижению противодавления следует предусматривать использование разного вида дренажных устройств. В скальных основаниях дренаж следует располагать главным образом со стороны напорной грани сооружения, а при недостаточной эффективности работы такого дренажа - и в средней части его подошвы.

Местоположение дренажа и его размеры следует определять, исходя из требований необходимого снижения фильтрационного противодавления на подошву сооружения и обеспечения допустимых значений выходных градиентов напора, не приводящих к нарушению фильтрационной прочности грунтов основания, а в ССКЗ - с учетом теплового режима системы «сооружение-основание».

Устройство дренажа при наличии в основании грунтов, подверженных химической или механической суффозии, наличии в грунтовых водах в растворенном виде окислов марганца или железа, должно обосновываться расчетом или результатами экспериментальных исследований.

8.13 При проектировании противофильтрационной завесы в нескальном основании следует принимать следующие критические градиенты напора:

  • в инъекционной завесе: 7,5 - в гравийных и галечниковых грунтах; 6,0 - в песках крупных и средней крупности; 4,0 - в мелких песках;
  • в завесе (диафрагме), сооружаемой способом «стена в грунте» в грунтах с коэффициентами фильтрации до 200 м/сут, - по таблице 7 в зависимости от материала и длительности эксплуатации завесы. Также в таблице 7 приведены характеристики материалов, используемые при расчетах механической прочности завесы.

Таблица 7. СП 23.13330.2018

Материал завесы

Расчетные значения характеристик

критический градиент напора Icr

предел прочности на одноосное сжатие Rc, МПа

модуль деформации Е, МПа

коэффициент поперечной деформации

Бетон

180

11,5

22·103

0,20 - 0,22

Глиноцементобетон

150

1,0 - 2,0

300 - 500

0,35 - 0,37

Глиноцементный раствор

125

1,0 - 2,0

3 - 5

0,37 - 0,40

Комовая глина

40

-

20 - 25

0,32 - 0,38

Заглинизированный грунт

25

-

15 - 20

0,30 - 0,35

Примечание. Для временных завес критические градиенты напора увеличивают на 25%.

8.14 При проектировании противофильтрационной цементационной завесы в скальном основании критический градиент напора Icr в завесе в зависимости от удельного водопоглощения в пределах завесы qc следует принимать по таблице 8.

В случае, когда завеса (одна или в сочетании с другими противофильтрационными устройствами) также защищает от выщелачивания содержащиеся в основании растворимые грунты, допустимое удельное водопоглощение следует обосновывать расчетами или экспериментальными исследованиями.

Проницаемость противофильтрационной завесы должна быть меньше проницаемости грунта основания не менее чем в 10 раз.

Таблица 8. СП 23.13330.2018

Удельное водопоглощение скального грунта в завесе qc, л/(мин·м2)

Критический градиент напора в завесе

< 0,02

35

0,02 - 0,05

25

> 0,05

15

8.15 Для предотвращения выпора грунта на участках, где фильтрационный поток с градиентами напора, близкими к единице, выходит на поверхность основания, в проекте необходимо предусматривать проницаемую пригрузку или разгрузочный дренаж. Материал пригрузки должен подбираться по принципу обратного фильтра для защиты грунта основания от контактной суффозии.

Необходимая толщина пригрузки определяется, исходя из условия недопущения фильтрационного выпора грунта.



9 Расчет местной прочности скальных оснований

9.1 Расчет местной прочности скальных оснований гидротехнических сооружений следует производить для:

    установления необходимости разработки мероприятий, предотвращающих возможное нарушение противофильтрационных устройств;

    учета при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружений;

    учета достижения предела местной прочности при расчетах напряженно-деформированного состояния системы «сооружение-основание».

Расчет местной прочности следует производить для оснований сооружений I - II классов по предельным состояниям второй группы при основном сочетании нагрузок. При этом значения коэффициентов γn и γlc принимают равными единице (γn = γlc = 1), γс = 0,95.

9.2 Проверку местной прочности скальных оснований следует производить по расчетным площадкам:

  • а) совпадающим с плоскостями, приуроченными к трещинам в массиве;
  • б) совпадающим с плоскостью, приуроченной к контакту «сооружение-основание» и к контактам скальной породы с укрепительными конструкциями в основании (шпонками, зубьями, решетками и т.д.);
  • в) не совпадающим с плоскостями, приуроченными к трещинам и к контакту «сооружение-основание».

9.3 Критерии обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в перечислениях а) и б) 9.2, - следующие условия:

;(21)

,(22)

где θj - отношение предельных касательных напряжений на расчетной площадке к эксплуатационным;

σj, τj - соответственно нормальное и касательное напряжения на расчетной площадке, приуроченной к плоскости трещины (контакта), от нормативных нагрузок в расчетном сочетании;

σ1, σ3 - соответственно максимальное и минимальное главные напряжения от тех же нагрузок;

βj - острый угол между расчетной площадкой, приуроченной к трещине (контакту), и направлением главного напряжения σ1;

tgφj,II, cj,II - расчетные характеристики для расчетных площадок, приуроченных к трещинам (контакту);

Rt,m,II - расчетное значение предела прочности массива скального грунта на одноосное растяжение, определяемое в соответствии с 5.35.

9.4 Критерии обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в перечислении в) 9.2, - следующие условия:

;(23)

,(24)

где tgφm,II, сm,II - расчетные характеристики для расчетных площадок, не приуроченных к трещинам и контакту «сооружение-основание».

9.5 Условия (21) и (23) при оценках возможности разуплотнения массива следует проверять во всех указанных в 9.1 случаях, а условия (22) и (24) при оценках возможности пластических деформаций - в этих же случаях, но только при σ3 < 0. Условия (22) и (24) следует проверять для учета нарушений прочности основания при расчетах его напряженно-деформированного состояния и при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружения.

При оценке надежности противофильтрационных устройств проверка выполнения условия (21) (если σ3 < 0) при оценке разуплотнения основания для площадок, совпадающих с плоскостью завес, не производится.

При невыполнении приведенных выше критериев местной прочности необходимо определять очертания зон разуплотнения и пластических деформаций.

Зона разуплотнения не должна пересекать цементационную завесу и дренаж. В противном случае должны быть выполнены фильтрационные расчеты в соответствии с разделом 8 в нелинейной постановке с учетом измененного фильтрационного режима.

Зона пластических деформаций должна охватывать не более 1/3 подошвы сооружения или потенциально опасной расчетной поверхности сдвига.

9.6 При определении напряжений σj, τj, σ1, σ3 в формулах (21) - (24) следует применять вычислительные и экспериментальные методы механики сплошной среды и геомеханики.

Допускается рассматривать основание совместно с сооружением как систему линейно-деформируемых тел, на контакте между которыми выполняются условия равновесия и равенства перемещений.

При обосновании допускается схематизация системы «сооружение-основание», позволяющая решать плоскую задачу теории упругости применительно к одному или нескольким плоским сечениям. При этом поверхность основания может быть принята плоской, а тело основания - как однородным, так и состоящим из некоторого числа однородных областей или с непрерывно изменяющимися характеристиками. При необходимости следует учитывать естественный рельеф поверхности основания, пространственный характер работы системы «сооружение-основание», а также детализировать распределение механических характеристик основания.

При определении напряженного состояния основания следует учитывать выявленные анизотропные свойства грунта.

Если при определении напряжений в некоторых областях основания одно или несколько из условий, определенных по формулам (21) - (24), не выполняются, то следует уточнить решение задачи с использованием нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями или изменением геометрии сечения за счет исключения из рассмотрения указанных областей.



10 Определение напряжений

10.1 Напряжения в основании сооружения необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкций и сооружений, устойчивости сооружений, в расчетах осадок, несущей способности и местной прочности оснований.

При проектировании сооружений на скальных основаниях определение контактных напряжений необходимо для обоснования проектирования противофильтрационных мероприятий и оценки фильтрационной надежности подземного контура сооружений. Расположение цементационной завесы под плотиной в области, где имеют место растягивающие напряжения, резко снижает эффективность завесы, и как следствие, требуется разработка специальных конструктивных решений для обеспечения надежности подземного контура сооружения.

10.2 При определении напряжений необходимо учитывать конструктивные особенности сооружения, последовательность его возведения, вид основания, а при залегании в основании мерзлых грунтов или возможном его промораживании - расположение талых и мерзлых зон, а также последовательность замораживания и оттаивания.

10.3 В целях уменьшения усилий в конструкциях или в элементах сооружения при проектировании следует рассматривать возможность создания оптимального распределения контактных напряжений, предусматривая устройство выступов на подошве сооружений, уплотнения отдельных зон основания и соответствующую последовательность возведения и загружения сооружения.

10.4 При определении напряжений в основаниях следует применять численные методы механики сплошной среды. При этом должны соблюдаться требования 11.4.

Контактные напряжения следует вычислять по специальным программам, реализующим аналитические решения задачи или численные методы расчета (по напряжениям в окрестности контакта).

10.5 При использовании численных методов допускается схематизация системы «сооружение-основание», позволяющая решать плоские задачи применительно к одному или нескольким плоским сечениям. Неоднородность расчетных сечений следует учитывать, представляя их состоящими из некоторого числа однородных областей. При учете пространственного характера работы системы надлежит использовать экспериментальные или вычислительные методы механики сплошной среды.

Расчетную область сечения основания следует ограничивать по вертикали на глубине сжимаемого слоя Нс, определяемой согласно 11.6.2, а по горизонтали - на расстоянии не менее Нс от сооружения.

10.6 В расчетах прочности конструкции контактные напряжения для сооружений I - II классов допускается, а для сооружений III - IV классов рекомендуется определять упрощенными методами.

10.7 В расчетах прочности сооружений при использовании эпюр контактных напряжений, полученных из решения задач теории упругости, следует рассматривать дополнительно и вторую эпюру контактных напряжений, вычисленную одним из рекомендуемых упрощенных методов. Если полученные при этом значения изгибающих моментов с разными знаками, то при расчетах прочности рекомендуется использовать оба значения, уменьшенные на 10% разности этих значений, а если одинаковые - то больший изгибающий момент, уменьшенный на указанную величину.

10.8 При определении контактных напряжений следует учитывать показатель гибкости сооружения tfl, определяемый:

  • а) при расчете сооружения по схеме плоской деформации:
    • в направлении длины сооружения

    ;(25)

    • в направлении ширины сооружения
  • ;(26)

  • б) при расчете сооружения по схеме пространственной задачи в качестве tflпринимается больший из двух показателей гибкости, вычисленных по формулам (25) и (26).

В формулах (25), (26):

- b, l - соответственно ширина и длина подошвы сооружения;

- Iх, Iy - моменты инерции расчетных элементов сооружения;

- δ - ширина расчетного элемента по длине подошвы сооружения, принимаемая равной 1;

- η - параметр, определяемый по формуле

;(27)

где v, v1 - коэффициенты Пуассона соответственно грунта основания и материала сооружения;

Е, Е1 - соответственно модули деформации грунта основания и упругости материала сооружения.

В случаях, когда показатель гибкости tfl < 1, контактные напряжения следует определять как для абсолютно жестких сооружений. При tfl > 1 контактные напряжения определяются с учетом гибкости сооружений.

10.9 Для сооружений с показателем гибкости tfl < 1 на однородных основаниях контактные напряжения определяют методом внецентренного сжатия, а для песчаных оснований со степенью плотности грунта ID ≤ 0,5 - методом экспериментальных эпюр по приложению М.

При наличии на части подошвы сооружения растягивающих нормальных контактных напряжений этот участок должен быть исключен из расчетной контактной поверхности, а для оставшейся части контактные напряжения должны быть пересчитаны.

10.10 При определении контактных напряжений с учетом гибкости сооружений допускается применять метод коэффициента постели. Гибкость элементов конструкции следует определять с учетом возможности образования трещин.

10.11 При использовании методов коэффициента постели и внецентренного сжатия касательные контактные напряжения допускается принимать распределенными равномерно, а при использовании метода экспериментальных эпюр - пропорционально нормальным контактным напряжениям.

Касательные напряжения, обусловленные действием вертикальных сил, при расчетах прочности сооружений допускается не учитывать. При получении на участке подошвы сооружения касательных напряжений, превышающих предельные, они должны быть приняты равными предельным, а на остальных участках они должны быть откорректированы на основе расчетов.

10.12 При неоднородных основаниях с вертикальными и крутопадающими слоями в расчетах контактных напряжений допускается использовать приближенные методы, в которых контактные напряжения следует принимать пропорциональными модулям деформации грунта каждого слоя в зависимости от их размеров и эксцентриситета приложения нагрузки. В пределах каждого слоя распределение контактных напряжений принимается линейным.

10.13 При наличии в основании слоев переменной толщины или при наклонном залегании слоев в расчетах контактных напряжений допускается использовать приближенные методы, основанные на приведении расчетной схемы основания со слоями переменной толщины или при наклонном залегании слоев к схеме условного основания с вертикально расположенными слоями.

При горизонтальном расположении слоев грунта постоянной толщины неоднородность основания может не учитываться.

10.14 При определении нормальных контактных напряжений методами экспериментальных эпюр и коэффициента постели неоднородность основания учитывается сложением ординат эпюр, определенных по 10.5 и 10.6 в предположении однородных оснований с ординатами дополнительной эпюры. Ординаты дополнительной эпюры следует принимать равными разности ординат эпюр, построенных для случаев неоднородного и однородного оснований с использованием метода внецентренного сжатия.

10.15 При расчете напряжений на контакте грунта с железобетонными распластанными конструкциями гидротехнических сооружений (плитами водобоев и рисберм плотин, возводимых на нескальных основаниях, плитами доков и т.п.) рекомендуется учитывать:

  • понижение жесткости железобетонных конструкций с учетом образования трещин ограниченного раскрытия, установленного в СП 41.13330;
  • последовательность укладки бетона отдельными блоками бетонирования - в бетонных и железобетонных конструкциях, возводимых на скальных и нескальных основаниях.



11 Расчет оснований по деформациям

11.1 Расчет оснований и грунтовых сооружений (плотин и др.) по деформациям необходимо производить для обоснования конструкции системы «сооружение-основание» или ее элементов, перемещения которых (осадки, горизонтальные перемещения, крены и пр.) должны быть не более нормируемых значений, гарантирующих по этому фактору нормальные условия их эксплуатации и обеспечивающих техническую надежность и долговечность. При этом прочность и трещиностойкость конструкции должны быть подтверждены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

Расчет по деформациям должен производиться на основные сочетания нагрузок с учетом характера их действия в процессе строительства и эксплуатации сооружения (последовательности и скорости возведения сооружения, графика наполнения водохранилища и т.д.). Расчеты перемещений, от которых зависят прочность и устойчивость конструкций, следует выполнять и на особые сочетания нагрузок.

11.2 Расчеты оснований по деформациям производят по предельным состояниям первой или второй группы (см. 4.5.1 и 4.5.2). Они должны включать расчетный прогноз деформаций основания и сооружения при совместной их работе и проверку выполнения условия (1), в котором должно приниматься F0 = S и R0 = Su, где S - совместная деформация основания и сооружения (осадки, горизонтальные перемещения, крены и др.), Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемые по 11.5 - 11.11.

Коэффициенты γn и γlc принимаются в соответствии с 4.5; коэффициент γс во всех случаях принимается равным единице.

Прогнозные значения деформаций S следует применять также для анализа поведения систем «сооружение-основание» при оценках их надежности в период эксплуатации.

11.3 Предельные значения совместной деформации основания и сооружения R0 = Su устанавливают НД на проектирование конкретных типов гидротехнических сооружений, исходя из необходимости соблюдения:

  • технологических требований к деформациям сооружения, включая требования к нормальной эксплуатации оборудования;
  • требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения.

При назначении R0 = Suнеобходимо учитывать допускаемую разность осадок между секциями и частями сооружений, не приводящую к нарушению нормальной работы межсекционных швов, возможность перелива воды через гребень плотины, нарушения нормальной эксплуатации связанных с сооружением коммуникаций и т.п.

11.4 Значения совместной деформации F0 = S следует определять, используя расчетные методы механики сплошной среды, исходя из условий совместной работы сооружения и основания. При этом должны быть в достаточной степени учтены реальные особенности работы системы «сооружение-основание»: пространственный характер деформирования, нелинейная связь между напряжениями и деформациями, последовательность возведения сооружения и приложения нагрузок, процессы консолидации и ползучести.

При этом определение деформаций сооружения и основания в зависимости от их класса и этапа проектирования следует производить как упрощенными(инженерными) методами расчета (11.5 - 11.14), так и вычислительными методами, базирующимися на более детальной схематизации системы «сооружение-основание» и на использовании более совершенных математических моделей грунта (нелинейных, упругопластических, в том числе учитывающих многофазность, реологические свойства грунтов и т.д.).

Значения деформаций сооружений и их оснований в период эксплуатации следует определять с учетом развития процессов консолидации и ползучести грунтов, а в криолитозоне - также процессов промерзания и оттаивания грунтов при обязательном использовании указанных выше вычислительных методов. На предварительных стадиях проектирования и для сооружений III - IV классов определение нестабилизированных значений деформации допускается производить упрощенными (инженерными) методами, например на основе решений одномерных задач консолидации и ползучести.

В тех случаях, когда для определения деформаций обязательно использование нескольких методов (см. 11.6.1 и 11.7.1), условие (1) должно выполняться для всех этих случаев.

11.5 Расчетная схема системы «сооружение-основание» должна разрабатываться с учетом факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и сооружения (конструктивных особенностей сооружения, технологии его возведения, характера сложения и свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения, характера внешних воздействий и т.п.).

Расчетные модели системы «сооружение-основание» должны учитывать визуальное нарушение контакта между ними.

Расчеты деформаций системы «сооружение-основание» в необходимых случаях следует производить для условий пространственной задачи. Для сооружений, длина которых превышает ширину более чем в три раза, расчеты допускается производить для условий плоской деформации. В случае, когда ширина сооружения превышает толщину сжимаемой толщи Нс, определенную по 11.6.2, в два и более раза, допускается расчет осадок производить для условия одномерной (компрессионной) задачи.

11.6 Определение осадок сооружений

11.6.1 Определение суммарных осадок s в зависимости от класса и этапа проектирования сооружений, расположенных на нескальных основаниях, следует производить методом послойного суммирования и вычислительными методами в соответствии с 11.4.

На предварительных стадиях проектирования (для сооружений III - IV классов - на всех стадиях проектирования) для определения значений s разрешается ограничиваться методом послойного суммирования в пределах сжимаемого слоя Нс по формуле