4.7. При проектировании противофильтрационной завесы в нескальном основании следует принимать следующие критические градиенты напора:
в инъекционной завесе в гравийных и галечниковых грунтах - 7,5; в песках крупных и средней крупности - 6,0 и в мелких песках - 4,0;
в завесе, сооружаемой способом «стена в грунте» в грунтах с коэффициентами фильтрации до 200 м/сут, в зависимости от материала и длительности ее эксплуатации - по табл. 6.
Таблица 6
|
Материал завесы |
Критический градиент напора в завесе |
|
Бетон |
180 |
|
Глиноцементный раствор |
125 |
|
Комовая глина |
40 |
|
Заглинизированный грунт |
25 |
|
Примечание. Для временных завес критические градиенты напора допускается увеличивать на 25 %. |
4.8. При проектировании противофильтрационной (цементационной) завесы в скальном основании следует принимать критический градиент напора в завесе в зависимости от удельного водопоглощения в пределах завесы qс по табл. 7.
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 и экспериментальными исследованиями.
Проницаемость противофильтрационной завесы должна быть ниже проницаемости грунта основания не менее чем в 10 раз.
Таблица 7
|
Удельное водопоглощение скального грунта в завесе qс, л/(минм2) |
Критический градиент напора в завесе |
|
Менее 0,01 |
35 |
|
0,01 - 0,05 |
25 |
|
0,05 - 0,1 |
15 |
4.9. 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.
Для изотропно-проницаемого и однородного основания необходимая толщина пригрузки (при отсутствии давления на нее сверху) определяется по формуле
, (23)
где h - разность пьезометрических уровней для расчетной глубины z в толще основания и для поверхности грунта основания (z соответствует заглублению низового шпунта или зуба);
- удельный вес грунта и пригрузки с учетом взвешивающего действия воды;
- удельный вес воды;
- коэффициент надежности по степени ответственности сооружения, принимаемый по п. 3.1.
5. РАСЧЕТ МЕСТНОЙ ПРОЧНОСТИ СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ
5.1. Расчет местной прочности скальных оснований гидротехнических сооружений следует производить для установления необходимости разработки мероприятий, предотвращающих возможное нарушение противофильтрационных устройств, для учета при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружений и для учета достижения предела местной прочности при расчетах напряженно-деформированного состояния сооружения и основания.
Расчет местной прочности следует производить по предельным состояниям второй группы только для оснований сооружений I класса при основном сочетании нагрузок.
5.2. Проверку местной прочности скальных оснований следует производить по расчетным площадкам:
а) совпадающим с плоскостями, пpиуpoченными 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.п.);
в) не совпадающим с плоскостями, приуроченными к трещинам и к контакту сооружение - основание.
(Измененная редакция. Изм. № 1).
5.3. Критериями обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в подпунктах «а» и «б» п. 5.2, являются условия:
> ; (24)
> 1, (25)
где - отношение предельных касательных напряжений на расчетной площадке к эксплуатационным;
- соответственно нормальное и касательное напряжения на расчетной площадке, приуроченной к плоскости трещины (контакта), от нормативных нагрузок в расчетном сочетании (сжимающим напряжениям соответствует знак «плюс»);
- соответственно максимальное и минимальное главные напряжения от тех же нагрузок;
- острый угол между расчетной площадкой, приуроченной к трещине (контакту), и направлением главного напряжения ;
- расчетные характеристики для расчетных площадок, приуроченных к трещинам (контакту), определяемые в соответствии с требованиями п. 2.16;
- расчетное значение предела прочности массива скального грунта на одноосное растяжение, определяемое в соответствии с требованиями п. 2.14.
5.4. Критериями обеспечения местной прочности по площадкам, указанным в п. 5.2 в, являются условия:
> ; (26)
> 1, (27)
где - расчетные характеристики для расчетных площадок, не приуроченных к трещинам и контакту сооружение - основание, определяемые в соответствии с требованиями п. 2.16.
В случаях, если связь между касательными и нормальными напряжениями на расчетных площадках, не приуроченных к трещинам и контакту, при определении и и описывается единой линейной зависимостью с большой погрешностью, необходимо учитывать возможную нелинейность этой связи путем кусочно-линейной аппроксимации или использованием нелинейных зависимостей, например, в виде квадратичной параболы . При использовании квадратичной параболы вместо условия (27) должно выполняться условие
> 1. (28)
При этом параметры и должны определяться путем обработки экспериментальных данных методом наименьших среднеквадратичных отклонений.
Допускается определять параметры и ?? по формулам:
(28,а)
(28,б).
(Измененная редакция. Изм. № 1).
5.5. Условия (24) и (26) следует выполнять во всех указанных в п. 5.1 случаях, а условия (25) и (27) (или (28)) - в этих же случаях, но только при < 0. Если > 0, то условия (25) и (27) (или (28)) следует выполнять лишь при оценках прочности основания, производимых при расчетах напряженно-деформированного состояния основания, и при разработке мероприятий по повышению прочности и устойчивости сооружения.
При оценке надежности противофильтрационных устройств (если < 0) проверка выполнения условия (25) для площадок, совпадающих с плоскостью завес, не производится.
При невыполнении условий местной прочности необходимо определить очертания зон разуплотнения и пластических деформаций. Зона разуплотнения не должна пересекать цементационную завесу и дренаж. В противном случае должны быть выполнены фильтрационные расчеты (см. раздел 4) в нелинейной постановке с учетом измененного фильтрационного режима. Зона пластических деформаций не должна охватывать более 1/3 подошвы сооружения или потенциально опасной расчетной поверхности сдвига.
(Измененная редакция. Изм. № 1).
5.6. При определении напряжений , , и в условиях (24) - (28) 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 к нескольким плоским сечениям. При этом поверхность основания может быть принята плоской, а тело основания - однородным либо состоящим из некоторого числа однородных областей, либо имеющим непрерывно изменяющиеся характеристики. При необходимости следует учитывать естественный рельеф поверхности основания, пространственный характер работы системы сооружение - основание, а также детализировать распределение механических характеристик основания.
Если при определении напряжений (при указанных предпосылках) в некоторых областях основания одно (или несколько) из условий (24) - (28) не выполняется, то следует, как правило, производить уточнение решения задачи. Такое уточнение следует выполнять с использованием нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями или путем изменения геометрии сечения за счет исключения из рассмотрения указанных областей.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
6.1. Контактные напряжения (нормальные и касательные напряжения по контакту сооружение - основание) необходимо определять для использования их в расчетах прочности конструкций и сооружений, а также в расчетах оснований по несущей способности и деформациям.
При определении контактных напряжений необходимо учитывать конструктивные особенности сооружения, последовательность возведения и вид основания.
В целях уменьшения расчетных усилий в конструкциях или в элементах сооружения при проектировании следует рассматривать возможность создания оптимального распределения контактных напряжений, предусматривая устройство выступов на контактных поверхностях сооружений, уплотнение отдельных зон основания и соответствующую последовательность возведения сооружения.
Примечание. Напряжения на контакте грунта с ограждающими конструкциями определяются по СНиП 2.06.07-87.
(Измененная редакция. Изм. № 1).
6.2. Для сооружений на скальных основаниях контактные напряжения следует определять методом внецентренного сжатия, а в необходимых случаях для сооружений I и II классов - по результатам расчетов напряженного состояния системы сооружение - основание с использованием методов механики сплошных сред.
Для сооружений на нескальных основаниях контактные напряжения следует определять в соответствии с требованиями пп. 6.3-6.11.
6.3. При определении контактных напряжений для сооружений на нескальных основаниях следует учитывать показатель гибкости сооружения tft, определяемый:
а) при расчете сооружения по схеме плоской деформации:
в направлении длины сооружения
(29)
в направлении ширины сооружения
(30)
б) при расчете сооружения по схеме пространственной задачи
(31)
В формулах (29) - (31):
v, v1 - коэффициенты Пуассона соответственно грунта основания и материала сооружения;
Е, E1 - модули соответственно деформации грунта основания и упругости материала сооружения;
b, l - соответственно ширина и длина подошвы сооружения;
- моменты инерции расчетных сечений сооружения;
- ширина расчетного элемента по длине подошвы сооружения, принимаемая = 1 м;
D - цилиндрическая жесткость фундаментной плиты сооружения.
В случаях, когда коэффициент гибкости < 1, контактные напряжения следует определять как для абсолютно жестких сооружений. При > 1 ( < 4b/l) контактные напряжения определяются с учетом гибкости сооружений.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ СООРУЖЕНИЙ НА ОДНОРОДНЫХ НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ
6.4. Для жестких сооружений I и II классов, рассчитываемых по схеме плоской деформации, нормальные контактные напряжения, как правило, следует определять методами механики сплошной среды (линейной или нелинейной теории упругости, теории пластичности). При обосновании эти напряжения для сооружений I и II классов допускается, а для сооружений III и IV классов следует определять методом внецентренного сжатия по рекомендуемому приложению 9 или методом коэффициента постели, а для песчаных оснований с относительной плотностью грунта - методом экспериментальных эпюр по обязательному приложению 10.
Примечания: 1. При применении методов теории упругости и теории пластичности допускается принимать основание в виде сжимаемого слоя конечной толщины, равной для песчаных грунтов 0,3b, для глинистых грунтов 0,5b (b - ширина подошвы сооружения). Толщину сжимаемого слоя допускается уточнять при наличии экспериментальных данных.
2. При получении на участке подошвы сооружения растягивающих контактных напряжений этот участок должен быть исключен из расчетной контактной поверхности, а на оставшейся части контактные напряжения должны быть пересчитаны.
6.5. Для расчетов прочности гидротехнических сооружений эпюры контактных напряжений следует определять по методам механики сплошной среды, внецентренного сжатия, коэффициента постели и экспериментальных эпюр. Если полученные при этом изгибающие моменты имеют разные знаки, то при расчетах моменты уменьшаются на 10 % суммы их максимальных абсолютных значений, а если одинаковые знаки, то больший изгибающий момент уменьшается на 10 % разности этих значений.
6.6. При определении контактных напряжений с учетом гибкости сооружений допускается применять метод коэффициента постели, а также решения упругих и упругопластических задач. При этом сооружение в зависимости от его схемы рассматривается как плоская или пространственная конструкция (балка, плита, рама и т. д.). Гибкость элементов конструкции следует определять с учетом возможности образования трещин в соответствии с требованиями СНиП 2.06.08-87.
Примечания: 1. При расчете сложных пространственных сооружений (зданий ГЭС, голов шлюзов и др.) вместо решения пространственной задачи допускается использовать решения плоской задачи, рассматривая независимо два взаимно перпендикулярных направления.
