РД 31.3.06-2000. (Только для проектирования на территории России) Руководство по учету сейсмических воздействий при проектировании морских гидротехнических сооружений типа "Больверк"

9.7 Проверку общей устойчивости сооружения на глубинный сдвиг по круглоцилиндрическим или ломанным поверхностям скольжения рекомендуется выполнять по вычислительным программам, в которых предусмотрен учет сейсмических сил. При использовании вычислительных программ, в которых учет сейсмических сил не предусмотрен, допускается использовать приближенный способ поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол e_y, в результате чего становится вертикальной равнодействующая веса и сейсмической силы.

Примечание - Далее в тексте основные положения расчета по указанному приближенному способу изложены применительно к расчету устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. При расчете устойчивости по плоским ломаным поверхностям изложенный прием учета сейсмических сил аналогичен.

9.8 Согласно способу поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол производится переформирование расчетной схемы сооружения и корректировки характеристик грунтов и грузов на причале. Дальнейший расчет производится по вычислительной программе для изменённой расчетной схемы. При использовании для проверки общей устойчивости вычислительной программы KREJ, разработанной Ленморниипроектом, лицевая стенка в переформированной расчетной схеме условно принимается вертикальной.

Поверхности причала и дна, а также слои грунтов получают по сравнению с исходным положением дополнительный наклон на сейсмический угол e_y (рисунок 9.2), определяемый по формуле

, (9.5)

где А_эу - осреднённый по массиву сдвигаемой части сооружения эффективный коэффициент сейсмичности, определяемый в соответствии с п. 9.5.

Допускается принимать дополнительный угол наклона для дна и слоев грунта перед стенкой равным e_р (формула (7.10)), а для слоев грунта за стенкой равным e_а (формула (7.9)).

Веса грунтов и грузов на причале корректируются по формуле

, (9.6)

Допускается в формуле (9.6) вместо e_р использовать e_а.

Рисунок 9.2 - Схема к расчету общей устойчивости при повороте расчетной схемы на сейсмический угол e_у; а) исходный разрез; б) переформированный (повернутый на угол e_у) разрез (лицевая стенка условно принята вертикальной)

Дополнительно производится уменьшение углов внутреннего трения грунтов, обусловленное снижением сопротивления сдвигу при динамических воздействиях: для расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов - на 1°; для расчетной сейсмичности 9 баллов - на 2°.

Длина участка а_q (см. рис. 9.2), на котором при оценке устойчивости нагрузка на причале не учитывается, принимается согласно РД 31.31.55-93 по формуле

; (9.7)

где r - радиус поверхности скольжения, м;

j - угол внутреннего трения грунта по поверхности скольжения под прикордонным участком, град;

а - расстояние от вертикали, проведенной от центра поверхности скольжения, до лицевой стенки причала, м.

10 Особенности расчета реконструируемых больверков 10.1 Положения настоящего раздела распространяются на расчет причальных сооружений, реконструкция которых осуществляется путем забивки шпунтовой оторочки перед существующей стенкой с последующим заполнением пространства между стенками грунтом. Особенность изложенного метода расчета на сейсмические воздействия в учете истории загружения сооружения в течение его предыдущей эксплуатации и в учете последовательности строительства реконструированного сооружения.

10.2 Перед разработкой проекта реконструкции необходимо произвести подводное обследование существующего больверка. Состав и объем обследований принимаются по РД 31.3.3-97 и должны включать:

- визуальный контроль всей поверхности стенки;

- инструментальные измерения толщины металла (по лобовой и боковой поверхностям) с шагом измерений по длине стенки не более 20 м и по высоте стенки в трех уровнях (в зоне переменного уровня воды, посередине высоты и у дна);

- освидетельствование и инструментальные измерения степени коррозии анкерных тяг;

- уточнение физико-механических характеристик грунтов в теле сооружения и перед сооружением (при необходимости).

Массив данных результатов измерений должен быть подвергнут статистическому анализу, в результате чего должны быть определены с обеспеченностью 0,9 фактические изгибающие моменты в стенке, остаточная толщина шпунта и анкерных тяг, а также скорости коррозии шпунта и анкерных тяг.

При расчетах момент сопротивления старой шпунтовой стенки и площадь сечения анкерных тяг принимаются с учетом коррозионного износа с обеспеченностью 0,9.

10.3 Последовательность расчета на сейсмостойкость реконструируемого причального сооружения соответствует последовательности расчета экранированного больверка, т.е. вначале формируется динамическая расчетная схема как для экранированного больверка. Затем определяются сейсмические силы в местах концентрации масс, флуктуационные изгибающие моменты в лицевой М_ф,л и экранирующей М_ф,э стенках, флуктуационные усилия в анкерных тягах R_ф,л и R_ф,э. Определяются эффективные коэффициенты сейсмичности и коэффициенты остаточного бокового давления грунта на стенки с учетом сейсмического воздействия.

Рекомендуемая последовательность дальнейших расчетов с использованием программы BOLVERK, согласованная с этапами возведения (состояния) сооружения, следующая.

Этап I - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке в эксплуатационном режиме до реконструкции.

Лицевая стенка существующего больверка после реконструкции будет экранирующей. Определяются остаточное боковое давление грунта на стенку, изгибающие моменты в стенке М_эI и усилия в анкерных тягах R_эI, которые сформировались в течение срока эксплуатации сооружения до реконструкции. Учитываются расчетные эксплуатационные нагрузки на поверхности причала и сейсмические воздействия, имевшие место при эксплуатации. Изгибная жесткость стенки EI определяется с учетом коррозионного износа. Вычисленные значения изгибающих моментов в стенке сопоставляются с изгибающими моментами, полученными после обработки материалов обследований и инструментальных измерений. Эффективные коэффициенты сейсмичности на этом этапе расчета допускается принимать по приближенным формулам, приведенным в разделе 6 настоящего РД.

Этап II - Определение внутренних усилий в «обычном» больверке перед реконструкцией.

Отсутствует эксплуатационная нагрузка на причале и сейсмическое воздействие. Определяются остаточное боковое давление, изгибающие моменты в стенке М_эII и усилия в анкерах R_эII. Разность результатов расчета I и II этапов дает степень преднапряжения лицевой стенки и тяг перед реконструкцией.

Этап III - Определение внутренних усилий в экранированном больверке в строительный период.

Забита шпунтовая оторочка, пространство между стенками заполнено грунтом. Определяется силосное давление грунта без учета сейсмического воздействия, и вызванные его действием:

- изгибающие моменты в оторочке (новой лицевой стенке) М_лIII и усилия в анкерных тягах R_лIII, соединяющих оторочку со старой стенкой;

- изгибающие моменты преднапряжения в экранирующей стенке (старой лицевой стенке) М_эIII и усилия преднапряжения в тягах R_эIII.

Этап IV - Определение внутренних усилий в экранированном больверке без учета сейсмического воздействия и эксплуатационной нагрузки.

Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках M_лIV, М_эIV и усилия в анкерных тягах R_лIV, R_эIV.

Этап V - Определение внутренних усилий в экранированном больверке с учетом сейсмического воздействия и расчетной эксплуатационной нагрузки.

Стандартный расчет экранированного больверка согласно программе BOLVERK. Сейсмическое воздействие учитывается изменением бокового давления грунта. Определяются остаточные изгибающие моменты в стенках M_лV, М_эV и усилия в анкерных тягах R_лV, R_эV.

Разность усилий на этапах V и IV дает приращение внутренних усилий от эксплуатационной нагрузки и сейсмического воздействия.

Этап VI - Определение результирующих значений остаточных внутренних усилий.

, (10.1)

, (10.2)

, (10.3)

, (10.4)

, (10.5)

Полученные значения остаточных изгибающего момента М_э в экранирующей стенке и усилий в основных анкерных тягах R_эS сопоставляются с соответствующими усилиями этапа I расчета. Для дальнейших расчетов принимаются большие значения.

Этап VII - Определение расчетных значений внутренних усилий в элементах конструкций.

Расчеты выполняются согласно формуле (8.1).

11 Особенности расчета эксплуатируемых больверков 11.1 Оценку сейсмостойкости эксплуатируемых причальных сооружений необходимо производить при их паспортизации на основании поверочных расчетов (аналитический и фактический (оценочный) уровень сейсмостойкости) в соответствии с настоящим Руководством с учетом данных об эксплуатационной надежности и техническом состоянии сооружений. Оценка сейсмостойкости сооружения оформляется в виде «Заключения о сейсмостойкости» по форме, приведенной в приложении Ж, и включается в пополняемую часть паспорта причала составляемого согласно РД 31.3.4-97.

11.2 Данные об эксплуатационной надежности причала должны включать следующие сведения за время его строительства и эксплуатации:

- об аварийных ситуациях, связанных с повреждениями несущих элементов конструкции, с указанием даты, характера и причин повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом;

- о происшедших землетрясениях с указанием даты и интенсивности землетрясений, характера имевших место повреждений, а также реализованных мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденных элементов и сооружения в целом.

11.3 Данные о техническом состоянии причала должны устанавливаться на основании его комплексного обследования в соответствии с РД 31.3.3-97. Для заанкеренных больверков из стального шпунта в обязательном порядке должны быть измерены:

- фактические глубины перед стенкой в пределах 20-метровой полосы;

- деформации (прогибы и наклоны) лицевой стенки по высоте;

- остаточные толщины шпунта лицевой стенки, а, при возможности, и анкерных тяг;

- деформации в плане железобетонного оголовка причала.

Отмеченные измерения должны быть выполнены в объеме, указанном в РД 31.3.3-97.

При анализе результатов измерения глубин необходимо указывать о наличии или отсутствии признаков дефектов, обусловленных нарушением общей устойчивости сооружения (выпучины грунта перед стенкой), увязывая их с наличием наклонов стенки.

При обследовании шпунтовой стенки необходимо отражать наличие или отсутствие поперечных трещин.

При невозможности обследования анкерных тяг необходимо указывать сведения о наличии или отсутствии косвенных признаков их обрыва или ослабления натяжения согласно РД 31.3.3-97 с учетом результатов измерений деформаций оголовка в плане.

11.4 Аналитический уровень сейсмостойкости причального сооружения устанавливается на основании расчетов, выполненных в соответствии с настоящим Руководством. При расчетах необходимо учитывать степень коррозионного износа несущих элементов конструкции.

11.5 Расчетную сейсмичность (расчетные сейсмические ускорения основания сооружения), используемые в расчетах сейсмостойкости, для эксплуатируемых причальных сооружений допускается уточнять по формуле (6.2) в зависимости от остаточного срока службы сооружения t.

11.6 Остаточный срок службы сооружения т в первом приближении допускается определять по формуле

, (11.1)

где T_n - срок службы сооружения в годах по нормам амортизационных отчислений, определяемый согласно РД 31.35.08-84 (допускается принимать равным 50 годам);

T_ф - фактический срок эксплуатации сооружения в годах, исчисляемый с года ввода сооружения в эксплуатацию до года составления «Заключения о сейсмостойкости» (приложение Ж).

Допускается изменять (увеличивать или уменьшать) остаточный срок службы сооружения, вычисленный по формуле (11.1), в зависимости от физического состояния сооружения на дату обследования, а также результатов расчета его на сейсмостойкость с учетом средней скорости коррозии основных несущих элементов конструкции.

11.7 При расчетах прочности конструктивных элементов эксплуатируемого заанкеренного больверка в обоснованных случаях (безаварийная эксплуатация сооружения, отсутствие горизонтальных деформаций оголовка, незначительные прогибы стенки и др.) допускается учитывать явления, связанные с выравниванием усилий в анкерных тягах и уплотнением грунтов засыпки, и вносить коррективы в соответствующие коэффициенты, предусмотренные в РД 31.31.55-93:

- при расчете анкерных тяг коэффициент К_а, учитывающий неравномерность натяжения анкерных тяг и перераспределение давления грунта по высоте стенки, допускается принимать равным 1,3 (вместо 1,5 предусмотренного в РД 31.31.55-93);

- при расчете лицевой стенки к коэффициенту снижения изгибающих моментов, учитывающему перераспределение давления грунта на стенку за счет ее деформации и перемещения, допускается применять дополнительный понижающий коэффициент, равный 0,85.

12 Антисейсмические конструктивные мероприятия и указания по строительству. 12.1 Конструкции причальных сооружений типа «больверк» в сейсмических районах следует принимать в соответствии с требованиями СНиП II-7-81^*, СНиП 2.06.01-86, РД 31.31.55-93 и указаний настоящего раздела.

12.2 При наличии в основании заанкеренного больверка слабых грунтов необходимо предусматривать мероприятия по уменьшению деформаций основания как при обычных условиях эксплуатации, так и при землетрясении. Указанные мероприятия следует принимать по СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.02 -85, СНиП II-7-81^*, а также Р 31.3.02-98.

Слабые грунты должны быть полностью или частично заменены на более качественные крупнообломочные грунты, либо закреплены. Необходимость замены или закрепления грунтов устанавливается на основании расчетов прочности и устойчивости с учётом сейсмических воздействий. Грунт замены либо закрепленный грунт рекомендуется располагать на плотных подстилающих грунтах за лицевой стенкой и перед ней. Ширина участка замены или закрепления грунта устанавливается расчетами устойчивости сооружения с учетом сейсмических воздействий. За лицевой стенкой рекомендуется слабый грунт заменять или закреплять до анкерной стенки.

Закрепление слабых грунтов буросмесительным или вибрационным способом с введением в толщу грунта отвердителя и перемешиванием его с грунтом следует выполнять согласно РД 31.31.29-82.

12.3 Способ строительства заанкеренного больверка (последовательность отсыпки грунта) должен исключать смещение оставляемых слабых грунтов при работах по засыпке пазухи причала и скопление их у лицевой стенки. Для этого необходимо отсыпку грунта производить со стороны стенки вглубь территории. Целесообразно также предусматривать уплотнение отсыпаемых грунтов перед лицевой стенкой.

12.4 Для засыпки за стенку рекомендуется применять малосжимаемые грунты (разработанный скальный грунт, щебень, гравийно-галечниковый и песчано-гравийный грунт, пески крупные и средней крупности). Не рекомендуется устройство засыпок из мелкозернистых несвязных грунтов, вследствие опасности их разжижения при землетрясении. Рекомендуется предусматривать послойную засыпку грунта за стенку с уплотнением.

12.5 В качестве элементов лицевых стенок больверков рекомендуется использовать стальные профили с замковым соединением их между собой, обеспечивающим грунтонепроницаемость стенки при землетрясении.

12.6 Анкеровку обычных и экранированных больверков следует выполнять согласно РД 31.31.55-93. В конструкциях сопряжения анкерных тяг с лицевой и анкерной стенками рекомендуется предусматривать мероприятия, обеспечивающие уменьшение изгибающих моментов в анкерах, а также выравнивание в них растягивающих усилий. В пределах секции сооружения длина тяг и марка стали должны быть идентичны.

12.7 В заанкеренных подпорных стенках с целью повышения сейсмостойкости анкерной плиты (анкерной стенки) перед её лицевой гранью рекомендуется устраивать плотное грунтовое ядро из камня или крупно-обломочных грунтов.

12.8 Во избежание увеличения сейсмических нагрузок на сооружение рекомендуется располагать площадки для складирования грузов, производственные корпуса и другие объекты порта в тыловой части причала за пределами призмы активного давления грунта на анкерную стенку.

12.9 Крановые пути за стенками рекомендуется устраивать на свайных фундаментах с передачей нагрузок на глубинные слои основания. При этом следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие либо неизменность колеи кранового пути, либо возможность его рихтовки. Для сейсмических районов рекомендуется конструкция кранового пути, в котором рельс с закрепленными шпалами устанавливается в железобетонное корыто на слой щебня мелких фракций, что позволяет производить рихтовку пути при возникновении остаточных деформаций.