РД 31.31.55-93. (Только для проектирования на территории России) Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА 12.14. При расчетах причальных сооружений для условий Арктики необходимо учитывать следующие особенности:

воздействие на сооружение значительных ледовых нагрузок и перепадов температур;

наличие на реках Крайнего Севера бурных весенних паводков, сопровождающихся ледоходом, большим подъемом уровня воды, наводнениями;

наличие мерзлоты в основании сооружения и возможность ее деградации, термоабразия морских берегов;

промерзание обратной засыпки сооружения в зимне-весенний период;

возможность использования льда и ледогрунта в качестве строительного материала и холода как фактора строительного производства.

12.15. Нагрузки от льда следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2 06.04-82, а также пп. 12.16-12.19. Нагрузки от льда следует принимать в составе основного сочетания нагрузок. Нагрузки от льда по возможности должны уточняться в процессе натурных измерений.

12.16. Прочностные характеристики льда рекомендуется определять согласно приложения 8, с последующим уточнением в натурных условиях.

12.17. При определении ледовой нагрузки расчетную толщину льда следует принимать наибольшей из наблюдаемого ряда натурных измерений в период ледохода, при вскрытии акватории или возможных ветровых нагонах льда в акваторию порта.

При отсутствии данных о размерах льдин и их скорости движения ледовые нагрузки допускается определять исходя из условия разрушения льда.

12.18. Статические нагрузки от температурного расширения льда и влияние работы ледокола в непосредственной близости от сооружения для причальных сооружений в морских акваториях допускается не учитывать. В речных условиях статическую нагрузку от температурного расширения льда следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2.06 04-82.

12.19. Нагрузки от примерзания к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды в ливных морях допускается не учитывать в связи с образованием приливной трещины в ледяном покрове на расстоянии не более 3-5 м от сооружения.

12.20. Расчет засыпных причальных сооружений необходимо проводить с учетом изменения прочностных и деформативных характеристик мерзлого грунта, который существует или образуется в теле засыпки постоянно или временно в зимне-весенний период, в период воздействия ледовых нагрузок.

12.21. Высоту ледогрунтового ядра в засыпке следует определять по результатам натурных наблюдений.

При отсутствии таких данных высоту ледогрунтового ядра допускается принимать равной расстоянию от отметки кордона сооружения до нижней кромки льда на расчетный момент времени.

12.22. Расчетные характеристики мерзлых грунтов допускается принимать:

угол внутреннего трения мерзлых грунтов равным углу внутреннего трения талого (немерзлого) грунта;

предельно-длительное сцепление мерзлых грунтов

, (12.1)

где |t| - абсолютное значение отрицательной температуры грунта °С;

а_с и b_с - параметры, зависящие от грунта.

Для песка

a_с=0, b_с=100 кПа;

для связных грунтов

a_с=30 кПа, b_с=50 кПа.

Допускается в расчетах принимать для мерзлых грунтов предельное эквивалентное сцепление как комплексную характеристику, учитывающую совместно силы сцепления и трения, которое определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 24586-81 и СНиП II-18-78.

12.23. Ледяные причальные сооружения следует, как правило, рассчитывать на эксплуатационную равномерно распределенную нагрузку q=40 кПа.

РАСЧЕТ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ТИПА БОЛЬВЕРК НА ЛЕДОВУЮ НАГРУЗКУ 12.24. Дополнительные усилия в элементах стенок больверка от ледовых нагрузок суммируются с усилиями, полученными статическим расчетом лицевой и экранирующих стенок больверка в соответствии с требованиями раздела 8 настоящей Инструкции.

12.25. В основу расчета больверков на ледовую нагрузку положен расчет балки на условных упругооседающих опорах со следующими допущениями:

коэффициент постели изменяется по высоте стенки больверка по линейному закону;

при деформации стенки больверка в сторону акватории условные опоры, расположенные выше отметки дна у сооружения, из расчета исключаются, жесткость условных опор ниже отметки дна определяется по характеристикам грунта перед стенкой;

при нагрузке на условную опору, превышающую ее несущую способность, опора заменяется силой, равной по величине несущей способности условной опоры и направленной в противоположную сторону нагрузке.

12.26. Расчет стенок больверка на ледовую нагрузку следует проводить по программе LED, при этом эксплуатационная нагрузка на территории причала, как правило, не учитывается.

12.27. При расчете обычного больверка (безанкерного, заанкеренного) эксплуатирующегося с первого дня с мерзлым грунтом в теле засыпки, интенсивность активного давления грунта на лицевую стенку больверка определяется:

в зоне мерзлого грунта

P_a=0; (12.2)

ниже слоя промерзшей засыпки

P_a=(q_hc+gz)l_и, (12.3)

где q_h - интенсивность вертикального давления грунта на отметке нижней границы слоя промерзшей засыпки, кПа;

c - коэффициент; определяемый по формуле (12.4);

z - текущая координата, отсчитываемая от отметки нижней границы слоя промерзшей засыпки, м;

g - удельный вес грунта, кН/м³. Коэффициент c определяется по формуле

, (12.4)

где m=ctg(d+jctg(d_м- j); (12.5)

m₀=ctg(d+j)ctgj; (12.6)

j - угол внутреннего трения грунта, град;

d_м - угол трения призмы обрушения по слою промерзшей засыпки, (рад, принимаемый равным 0,33j;

d - угол трения грунта о стенку, принимаемый равным 0,667j.

12.28. Коэффициент пропорциональности мерзлых грунтов при отсутствии натурных данных допускается определять по формуле

, (12.7)

где К - коэффициент пропорциональности талого грунта кН/м⁴ по п. 5.42 настоящей Инструкции;

Е_м, Е - модуль упругости соответственно мерзлого и талого грунта, кПа.

В предварительных расчетах для песчаной засыпки допускается принимать К_м=8К.

Модуль упругости мерзлого грунта Е_м допускается приблизительно определять по табл. 12.1.

Таблица 12.1

Наименование грунта

Модуль упругости Е×10³ (кПа) при температуре грунта

от-0,2 до-0,5°С

от-0,5 до 1,5°С

от -1,5 до -6°С

Песок

1000

3000

5000

Супесь

800

2000

3000

Суглинок

500

1200

2000

Глина

300

600

1000

12.29. При расчете больверков на ледовую нагрузку необходимо учитывать возможность повышения эксплуатационных равномерно распределенных нагрузок на территории причала в зимне-весенний период за счет промерзания засыпки.

Величину повышенной эксплуатационной равномерно распределенной нагрузки допускается определять по формуле

, (12.8)

где q - эксплуатационная равномерно распределенная нагрузка на территории причала, кПа;

c - коэффициент, определяемый по формуле (12.4).

В этих случаях следует проверить прочность и устойчивость сооружения при повышенной эксплуатационной равномерно распределенной нагрузке.

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК 12.20. Расчет устойчивости конструкций из цилиндрических ячеек на сдвиг по вертикальной плоскости следует проводить в соответствии с требованиями раздела 11, а также указаний настоящего раздела.

12.31. При расчете цилиндрических конструкций суммарный момент М_гя удерживающих сил с учетом промерзания засыпки определяется по формуле

М_гя=М_r+0,589d²h_яR_cp+М_ся+2М_ия, (12.9)

где М_r - суммарный момент удерживающих сил, кН×м, определяемый по п. 11.2;

d - диаметр конструкции, м;

h_я- высота ледогрунтового ядра, м;

R_cp - прочность ледогрунтового ядра на срез, НПа, определяемая по приложению 3;

М_ся - реактивный момент, кН×м, возникающий при отрыве ледогрунтового ядра от конструкции в результате ее смещения в плоскости смерзания;

М_ия - реактивный момент, кН×м, возникающий при отрыве ледогрунтового ядра от конструкции в результате ее поворота в плоскости, перпендикулярной плоскости смерзания.

Реактивные моменты М_ся, М_ия определяются по формулам:

М_ся=0,3d²h_яR_см; (12.10)

М_ия=0,13dh²_яR_u (12.11)

где R_см - прочность смерзания ледогрунтового ядра с материалом конструкции, кПа;

R_u - прочность ледогрунтового ядра на изгиб, кПа, принимаемая равной 0,5R_сж (R_сж - прочность на сжатие).

Примечание.

При отсутствии натурных данных, подтверждающих смерзание ледогрунтового ядра с конструкцией, реактивные моменты М_ся и М_ия принимаются равными нулю.

РАСЧЕТ УЗКИХ ЗАСЫПНЫХ ПИРСОВ 12.32. Расчет устойчивости узких засыпных пирсов на сдвиг по вертикальной плоскости следует проводить в соответствии с требованиями раздела 11, а также указаний настоящего раздела.

12.33. При расчете узких засыпных пирсов суммарный момент М_п1 удерживающих сил, отнесенный к 1 м длины пирса, с учетом промерзания засыпки определяется по формуле

М_п1=М_r+0,676b_пh_яR_сp+М_см+2М_м, (12.12)

где М_r, - суммарный момент удерживающих сил, кН×м/м, определяемый по п. 11.11;

b_п - ширина пирса, м;

h_я - высота ледогрунтового ядра, м;

М_см - реактивный момент, кН×м/м, возникающий при отрыве ледогрунтового ядра от поперечных стенок;

М_м - реактивный момент, кН×м/м, возникающий при отрыве ледогрунтового ядра от лицевой стенки;

R_сp, -тоже, что в п. 12.31.

Реактивные моменты М_см, М_м определяются по формулам:

; (12.13)

, (12.14)

где а_н - расстояние между поперечными стенками, м;

R_u, R_см - то же, что в п. 12.31;

Примечание.

При отсутствии смерзания ледогрунтового ядра со стенками реактивные моменты М_см и М_м принимаются равными нулю.

РАСЧЕТ ОТКОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ 12.34. Длину возможного вползания льда на откос сооружения от уровня воды под действием течения или ветра рекомендуется определять по формуле

, (12.15)

где F_h - горизонтальная ледовая нагрузка на сооружение, кН;

a - угол наклона поверхности откоса к горизонтали, град;

f - коэффициент трения льда по поверхности вползания, принимаемый по табл. 12.2;

l_с - длина сооружения, равная 1 м;

g_л - удельный вес льда, кН/м³;

t_d - расчетная толщина льда, м;

С - удельное сцепление льда, кПа.

Высоту возможного вползания льда на откос сооружения от уровня воды следует определять по формуле

h₀=l₀sina (12.16)

Таблица 12.2

При вползании льда

Коэффициент трения f

по льду

0,1

по бетону

0,1

по грунту

0,15

по снегу толщиной:

t=0,5 cм

0,17

t=2,0 см

0,27

t=15,0 см

0,92

12.35. Высоту нагромождения льда в навале от уровня воды при его движении на откос сооружения допускается определять по формуле

, (12.17)

где b_л - угол естественного откоса льда в навале, принимаемый равным 30°;

f - коэффициент трения льда по льду (см. табл. 12.2).

12.36. Плиту, уложенную на откос, следует рассчитывать как балку на упругом основании на нагрузку равную ледовой.

12.37. Вес плиты G_пл определяется из условия

, (12.18)

где g_lс g_c, g'_п - тo же, что в п. 4.3;

N₀ - сила, отрывающая плиту, кН;

R₁ - смерзание плиты с подстилающим грунтом основания, кН

; (12.19)

R₁=AR_сг;

где l_пл - длина плиты, контактирующей со льдом, м;

R_сл - прочность смерзания льда с материалом плиты, кПа;

А - площадь плиты, контактирующей с мерзлым грунтом основания, м²;

R_сг - прочность смерзания мерзлого грунта основания с материалом плиты, кПа.

Примечание.

При отсутствии натурных данных, подтверждающих смерзание плиты с подстилающим грунтом основания величина R₁ принимается равным нулю.

РАСЧЕТ ЛЕДЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ 12.38. При расчете ледяных сооружений на всплытие должно быть выполнено условие

, (12.20)

где g_lс g_c, g_п - тo же, что в п. 4.3;

G_м - вес ледяного сооружения, кН;

P_b - подъемная сила всплытия ледяного массива, кН,

P_b=V_л(g_b-g_л) (12.21)

где V_л - объем ледяного массива, находящегося в воде м³;

g_b, g_л соответственно удельный вес воды и льда, кН/м³.

12.39. Расчет ледяных сооружений на плоский сдвиг следует проводить в соответствии с требованиями СНиП 2.02.02-85, при этом коэффициент трения льда по грунту допускается принимать равным 0,15.

12.40. Проверка ледяного сооружения на срез по горизонтальной плоскости на уровне действия деловой нагрузки проводится, исходя из условия

(12.22)

где g_lс g_c, g_п - тo же, что в п. 4.3;

F_h - ледовая нагрузка, отнесенная к 1 м длины сооружения, кН/м;

R_CF - расчетная несущая способность на срез сечения (1м по длине сооружения) на уровне действия ледовой нагрузки, кН/м,

R_CF⁼b_FR_сл, (12.23)

где b_F - ширина сечения на уровне действия ледовой нагрузки, м;

R_сл - расчетное сопротивление льда на срез, кПа.

При отсутствии данных допускается расчетное сопротивление искусственного льда на срез R_сл принимать равным 0,4R_сж, (R_сж - расчетное сопротивление льда принимаемое по табл. 12.3).

Таблица 12.3

Способ намораживания

Температура льда, °С

Сопротивление льда сжатию, МПа при солености льда %

1-3

3-5

5-8

Послойное

-3+-5

1,7

1,4

1,1

-5+-7

2,9

2,6

2,1

-7+-10

3,4

3,0

2,4

Дождевание (набрызг)

-3+-5

1,1

1,0

0,9

-5+-7

1,3

1,2

1,1

-7+-10

1,5

1,3

1,2

Объемное промораживание

-3

2,0

-

-

-12

4,0

-

-

13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ 13.1. Указания настоящего раздела распространяются на проектирование берегоукрепительных сооружений на защищенной акватории морских портов и судоремонтных заводов с высотами волн h_i£2,0 м.