Плотины из грунтовых материалов

5.17*. Для плотин I и II классов расчет осадок и их изменения во времени следует производить на основании результатов экспериментальных исследований сжимаемости грунтов с учетом напряженно-деформированного состояния плотин Поровое давление, ползучесть грунта, его просадочность и набухание при повышении влажности в период эксплуатации необходимо учитывать в зависимости от их наличия.

Напряженно-деформированное состояние плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, следует определять с учетом температурного режима грунтов плотины и ее основания.

Для плотин III и IV классов допускается производить расчет осадок по приближенным зависимостям с использованием значений модулей деформаций по СНиП 2.02.02-85.

5.18. Поровое давление следует учитывать в расчетах в случаях, когда максимальное значение коэффициента порового давления r_u,max_, определяемое отношением порового давления u к максимальному значению приложенного напряжения s, превышает нормативное значение коэффициента порового давления r_un = 0,1.

Величину r_u,max следует определять по формуле

r_u,max = r_uc r_uo,(9)

используя известные значения r_uc - коэффициента порового давления, определяемого по схеме закрытой системы (без учета оттока воды из грунта), и r_uo - коэффициента порового давления, определяемого по схеме открытой системы (с учетом оттока воды из грунта).

Величины r_uc и r_uo следует устанавливать по графикам рекомендуемого приложения 1.

5.19*. Горизонтальные смещения плотин определяют путем расчета напряженно-деформированного состояния с учетом изменения сжимаемости грунтов при повышении их влажности, а в северной строительно-климатической зоне - при изменении их температурно-влажностного состояния.

Для плотин II - IV классов допускается оценивать горизонтальные смещения на основе аналогов плотин, построенных в подобных условиях и такой же конструкции. Для предварительных оценок горизонтальных смещений гребня плотины следует принимать их равными осадке гребня после наполнения водохранилища.

5.20*. При проектировании плотин с экраном или ядром (диафрагмой) необходимо учитывать деформации береговых склонов.

В плотинах с негрунтовыми экранами и диафрагмами надлежит рассчитывать продольные и поперечные смещения экранов и диафрагм. Напряженно-деформированное состояние диафрагмы (экрана) следует рассчитывать с учетом трения грунта по поверхности диафрагмы (экрана), схем опирания устройства на основание и разрезки деформационными швами.

5.21. Плиты крепления откосов плотин следует проверять на прочность от воздействия давления волн и льда в соответствии с требованиями СНиП 2.06.04-82*.

5.22*. Трещиностойкость земляных плотин и водоупорных элементов каменно-земляных плотин следует определять путем расчета их напряженно-деформированного состояния. При этом следует учитывать поровое давление, а для плотин I и II классов - изменение сжимаемости и ползучести в соответствии со свойствами грунтов, слагающих тело плотины и основания. В северной строительно-климатической зоне расчет напряженно-деформированного состояния плотины необходимо выполнять с учетом изменения ее температурно-влажностного состояния в ходе строительства.

5.23*. При проектировании плотин из грунтовых материалов, возводимых в северной строительно-климатической зоне, следует выполнять:

для талых плотин - расчеты температурного режима в ходе строительства и эксплуатации с определением положения границ зон талых и мерзлых грунтов, в теле, основании и береговых примыканиях плотины на любой задаваемый период до установления квазистационарного температурного состояния плотины;

для мерзлых плотин с мерзлотными завесами в теле и основании - расчеты толщины мерзлотной завесы, образующейся вокруг линейной системы СОУ или замораживающих колонок за первый и последующие сезоны работы СОУ;

для талых и мерзлых плотин - расчеты температурного режима ложа и бортов водохранилища и русла в нижнем бьефе вблизи плотины на период до установления квазистационарного состояния.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендуемое УСЛОВИЯ НЕОБХОДИМОСТИ УЧЕТА ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ 1. Поровое давление необходимо учитывать при расчетах деформаций основания и тела плотины из грунтовых материалов, а также при определении ее устойчивости, если коэффициент порового давления r_u,max к концу ее возведения превышает величину r_un в какой-либо части тела плотины и ее основания.

Указанные условия определяются критерием

r_u,max = r_uc r_uo.

2. Величину r_uc находят по графикам черт. 1 в зависимости от напряжения s, равного давлению вышележащего грунта на горизонтальную площадку, и параметра П.

Черт. 1. Hомограмма для определения коэффициента парового давления r_uc

Параметр П определяют по графикам черт. 2 для начального значения степени влажности грунта S_r,in и отношения , где e_in - начальное значение коэффициента пористости; а_max - максимальное значение коэффициента уплотнения, найденного по компрессионной зависимости.

Черт. 2. Номограмма для определения параметра П

3. Величину r_uo определяют по графику черт. 3 в зависимости от коэффициента степени консолидации , равного:

где c_v,min - наименьшее значение коэффициента консолидации;

t - время роста нагрузки s до наибольшего значения s_max (черт. 4, а, б);

d = h (черт. 4, a); (черт. 4, б);

t - время возведения плотины (черт. 4, в, г);

(черт. 4, в);

(черт. 4, г);

Черт. 3. График зависимости коэффициента порового давления r_uo от

4. При оценке величины r_u,max рекомендуется вначале определить r_uc. Если r_uc £ r_un, то поровое давление можно не учитывать.

Черт. 4. Различные случаи определения коэффициента порового давления r_uo

а - слой на водоупоре; б - слой на дренаже; в - однородная плотина; г - ядро каменно-земляной плотины; 1 - нагрузка; 2 - основание; 3 - дренаж; 4 - ядро; 5 - водоупор

В тех случаях, когда r_uc > r_un, необходимо определить величину r_uo, а затем r_u,max = r_uc×r_uo.

Величину c_v,min рекомендуется определять экспериментально.

5. В случае неоднородного грунта следует принимать для расчета характеристики грунта с наибольшими величинами S_r,in и а.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2* Обязательное КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ СООРУЖЕНИЙ И ОСНОВАНИЙ В ПЕРИОД СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ 1. В проектах плотин I-III классов необходимо предусматривать установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за работой и состоянием сооружений и их оснований как в процессе строительства, так и в период эксплуатации, используя результаты этих наблюдений для оценки надежности объекта, своевременного выявления дефектов, назначения ремонтных мероприятий, предотвращения аварий и улучшения условий эксплуатации. Натурные наблюдения могут быть контрольными и специальными.

2*. Контрольные натурные наблюдения следует проводить в целях изучения основных параметров работы плотины и основания, комплексного анализа их состояния и оценки эксплуатационной надежности. Состав и объем контрольных наблюдений следует назначать в зависимости от класса плотины, ее конструктивных особенностей, геологических, геокриологических, гидрогеологических, климатических, сейсмических условий, а также условий возведения и требований эксплуатации.

При наблюдениях, как правило, следует определять:

а) отметки уровней воды верхнего и нижнего бьефов;

б) положение депрессионной поверхности в теле плотины и берегах;

в) качество работы дренажа и противофильтрационных устройств;

г) расходы воды, фильтрующейся через плотину и ее основание, а также в берегах и местах примыкания плотины к бетонным сооружениям;

д) мутность, температуру профильтровавшейся воды, а при необходимости и ее химический состав;

е) поровое давление в глинистых элементах тела плотины и основания;

ж) осадку тела плотины, основания и береговых примыканий;

з) горизонтальные смещения гребня, берм и противофильтрационных устройств;

и) напряжения и деформации в теле плотины, противофильтрационных устройствах, а также в основании;

к) сейсмические колебания;

л) ледовые воздействия.

В состав контрольных наблюдений следует включать систематические визуальные наблюдения за состоянием креплений и местными деформациями откосов и гребня плотины, водосбросных кюветов, появлением выходов профильтровавшейся воды, размывами откосов и берегов, появлением наледи, заилением и зарастанием дренажных траншей.

В северной строительно-климатической зоне, помимо указанного состава наблюдений, следует определять температуру воды в верхнем бьефе, включая температуру придонного слоя воды в водохранилище, и температуру грунтов тела и основания плотины, а также проводить наблюдения за работой и состоянием СОУ.

3. Для плотин IV класса и их оснований следует предусматривать комплексные визуальные наблюдения. Инструментальные наблюдения следует, как правило, ограничивать наблюдениями за смещениями, осадкой, положением депрессионной поверхности и фильтрационными расходами. При соответствующем обосновании допускается не проводить инструментальных наблюдений.

4. Специальные натурные наблюдения проводят при соответствующем обосновании в целях получения данных для уточнения методов и результатов расчета и модельных исследований, обоснования конструктивных решений, методов производства работ и улучшения условий эксплуатации плотин.

5. Проект натурных наблюдений должен включать:

а) программу наблюдений с изложением цели, задач, состава, объема, методики с указанием сроков, номенклатуры и технических характеристик КИА;

б) общие схемы и рабочие чертежи размещения и монтажа КИА в плотине, основании, береговых примыканиях и отдельных элементах, прокладки и коммутации кабельных линий и устройства измерительных пультов;

в) рабочие чертежи закладных деталей и монтажных приспособлений для установки КИА;

г) спецификации устанавливаемой КИА, вторичных приборов, вспомогательного оборудования, кабелей;

д) инструкцию по установке КИА, прокладке кабельных линий и оборудованию пультов;

е) смету на приборы, вспомогательное оборудование, кабельную продукцию, проведение наблюдений, обработку и анализ результатов.

Номенклатуру, число приборов и их местоположение в теле плотины, основании, береговых примыканиях и отдельных элементах сооружения назначают, исходя из состава задач и объема наблюдений и исследований. При этом следует стремиться к автоматизации всех наблюдений.

6. В проект должны быть включены требования по периодичности проведения, обработке и систематизации натурных наблюдений за работой и состоянием сооружения и его основания как в период строительства так и в период эксплуатации.

7. При расчетах плотин всех классов должны устанавливаться предельно допустимые значения параметров состояния плотин и их оснований, контролируемые натурными наблюдениями.

Значения предельно допустимых параметров в виде отдельной таблицы включают в проект.

8. Предельно допустимые значения параметров состояния плотины принимаются равными расчетным значениям для основного и особого сочетаний нагрузок и могут уточняться в процессе строительства и эксплуатации.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3* Рекомендуемое РАСЧЕТ НОРМЫ ОТМЫВА ГРУНТА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНЫХ НАМЫВНЫХ ПЛОТИН Норму отмыва устанавливают по характеристике состава карьерного грунта (грунта выемки) с учетом принятой технологии намыва земляного сооружения.

Грунты песчано-гравийных и песчаных карьеров в зависимости от показателей их гранулометрического состава и технологии намыва делятся на пять групп (см. таблицу).

Номер группы грунта

Грунт

Вид технологии намыва

Содержание фракций в составе грунта, %

k_60,10

d₉₀, мм

d = 0,25 - 0,10 мм

d > 2 мм

Разнозернистые пески с гравием

Двусторонний с технологическим прудком

< 50

> 5

> 1

2,5-300

> 2

Среднезернистые пески

То же

< 50

< 5

> 1

< 5

< 2

Мелкозернистые пески

> 50

< 5

Тонкозернистые и пылеватые пески

< 50*

< 1

> 5*

Разнозернистые пески с гравием, среднезернистые и мелкозернистые пески

Односторонний со свободным откосом

___________

* В большинстве случаев.

Для каждой группы грунтов и принятой технологии намыва сооружения норму отмыва НО определяют по следующим формулам в процентах к объему намываемого сооружения.

1-я группа: разнозернистый песок с гравием, двусторонний намыв -

НО = 0,1 [d = 0,25 - 0,10 мм]% + 0,35 [d = 0,10 - 0,05 мм]% +

+ 0,9 [d = 0,05 - 0,01 мм]% + 0,9[d = 0,01 - 0,005 мм]% + 1 [d < 0,005 мм]%;

2-я группа: среднезернистый песок, двусторонний намыв -

НО = 0,025 [d = 0,25 - 0,10 мм]% + 0,35 [d = 0,10 - 0,05 мм]% +

+ 0,8 [d = 0,05 - 0,01 мм]% + 1 [d < 0,01 мм]%;

3-я группа: мелкозернистый песок, двусторонний намыв -

НО = 0,05 [d = 0,25 - 0,10 мм]% + 0,3 [d = 0,10 - 0,05 мм]% +

+ 0,9 [d = 0,05 - 0,01 мм]% + 1 [d < 0,01 мм]%;

4-я группа: мелкозернистые и пылеватые пески, двусторонний намыв -

НО = 0,11 [d = 0,10 - 0,05 мм]% + 0,5 [d = 0,05 - 0,01 мм]% +

+ 0,6 [d = 0,01 - 0,005 мм]% + 0,9 [d < 0,005 мм]%;

5-я группа: разнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые пески, односторонний намыв со свободным откосом -

НО = 0,15 [d = 0,25 - 0,10 мм]% + 0,5 [d = 0,10 - 0,05 мм]% +

+ 0,9 [d = 0,05 - 0,01 мм]% + 1 [d < 0,01 мм]%;

Примечания: 1. Отмыв грунта при одностороннем намыве тонкозернистых и пылеватых грунтов, а также при намыве грунтов в воду без устройства обвалования устанавливают при проектировании технологических схем намыва сооружений с использованием аналогов или результатов опытного намыва.

2. В случаях, когда проектом установлена целесообразность использования для намыва сооружений карьерных грунтов или грунтов полезных выемок без предварительного удаления вскрышного слоя, средневзвешенный гранулометрический состав, по которому определяют норму отмыва, устанавливают по всей толще карьера (выемки) - от поверхности до подошвы забоя.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Рекомендуемое РАСЧЕТЫ ГРАНИЦ ЗОН ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ОСРЕДНЕННОГО ЗЕРНОВОГО СОСТАВА НАМЫТОГО ГРУНТА В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ ПЛОТИНЫ 1. Расчет границ зон фракционирования и осредненного зернового состава намытого грунта в поперечном сечении выполняют для неоднородных плотин.