ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
1.14*. Для проектирования плотин и дамб из грунтовых материалов необходимо определять следующие основные характеристики грунтов, предназначенных для укладки в тело сооружений:
а) зерновой состав, а для глинистых грунтов, отсыпаемых в воду, дополнительно количественное содержание комьев грунта по размеру;
б) плотность грунта р;
в) плотность частиц грунта рs;
г) влажность талого грунта w, суммарную влажность мерзлого грунта wtot, влажность мерзлого грунта между включениями льда wm, суммарную льдистость мерзлого грунта itot, льдистость мерзлого грунта за счет включений льда ii;
д) плотность сухого грунта pd при влажности w = 0 (для сыпучих грунтов в максимально плотном Pd,max максимально рыхлом Pd,min состоянии);
е) оптимальную влажность wopt, и оптимальную плотность сухого грунта Pd,opt. Для глинистых грунтов эти величины определяют с учетом конкретных типов грунтоуплотняющих механизмов;
ж) границы пластичности для глинистых грантов (текучести и раскатывания wp), а при необходимости - и максимальную молекулярную влагоемкость wm, а также минеральный состав глинистых частиц;
з) прочностные: угол внутреннего трения j, удельное сцепление с, а также прочность на одноосное растяжение st, (в случаях необходимости проверки трещиностойкости глинистых противофильтрационных устройств плотин и дамб);
и) показатели деформируемости:
для талых грунтов - коэффициент уплотнения а, модуль деформации Е и коэффициент поперечного расширения v;
для оттаивающих грунтов - коэффициент оттаивания Аth, коэффициент сжимаемости s, относительную осадку Sth;
для мерзлых грунтов - коэффициент сжимаемости sf, модуль деформации Ef;
к) коэффициент фильтрации k;
л) показатели фильтрационной прочности грунтов: критические градиенты напора (при расчетах выпора Icr,u, суффозии Icr,p и контактного размыва Icr,c) и критические скорости фильтрации;
м) показатели просадочности для глинистых (лёссовых) грунтов;
н) показатели набухания и усадки для глинистых грунтов, а также пучения при воздействии отрицательных температур;
о) теплофизические:
для талых грунтов - коэффициент теплопроводности lth, коэффициент температуропроводности аth, объемную теплоемкость Сth;
для мерзлых грунтов - коэффициент теплопроводности lf, коэффициент температуропроводности аf, объемную теплоемкость Сf;
п) температуру начала замерзания грунта Tb,f;
р) коэффициенты линейного расширения глинистых грунтов в талом и мерзлом состояниях, соответственно аf и аtf .
Кроме того, необходимо определять содержание в грунтах водорастворимых солей, а также органических примесей и стелень их разложения. Для камня и крупнообломочных пород следует определять водопоглощение и морозостойкость (если они предназначены для укладки в зонах промерзания).
Виды грунтов плотин и оснований, их физико-механические и теплофизические характеристики необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 25100-82* СНиП 2.02.02-85 и СНиП 2.02.04-88.
Характеристики грунтов (прочностные, деформационные, фильтрационные и теплофизические) следует определять экспериментально с учетом их состояния по плотности, влажности и температуре, в котором грунты будут находиться в плотине в процессе ее строительства и эксплуатации, для плотин I класса - с учетом последовательности возведения и вида напряженно-деформированного и температурно-влажностного состояния.
1.15* Для проектирования плотин I и II классов дополнительно к характеристикам грунтов, указанным в п.1.14*, следует определять:
а) расчетное сопротивление сжатию и коэффициент размягчаемости исходной горной породы - для камня и крупнообломочных грунтов;
б) анизотропные фильтрационные и прочностные характеристики намытых грунтов.
1.16*. Характеристики грунтов, предназначенных для укладки в тело плотин и дамб, а также грунтов их оснований следует устанавливать по материалам инженерно-геологических и геокриологических изысканий и исследований.
При проектировании грунтовых сооружений из искусственных смесей их характеристики определяют путем специальных исследований.
Характеристики грунтов намывных плотин устанавливают с учетом данных о плотинах-аналогах, возведенных из карьерных грунтов, близких по зерновому составу и форме частиц к грунтам проектируемого сооружения и намытых по одинаковой с аналогом технологии.
При назначении характеристик грунтов намывных плотин надлежит учитывать изменение их показателей с течением времени по данным аналогов и исследований или по результатам проведения опытного намыва.
Для неоднородных земляных намывных плотин (п. 3.1) физико-механические характеристики намытого грунта следует определять отдельно для каждой зоны.
1.17* Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов (плотность, деформируемость, фильтрационные показатели и т.п.) следует устанавливать статистической обработкой результатов полевых и лабораторных определений, руководствуясь требованиями СНиП 2.02.02-85 и СНиП 2.02.04-88.
При проектировании частей намывных плотин, намытых выше уровня воды, из песчаных, гравийных и галечниковых грунтов расчетные значения физико-механических характеристик намываемого грунта могут приниматься по данным табл. 2 с последующей корректировкой по фактическим показателям. Плотность сухого грунта для частей намывных плотин, намытых под воду, следует принимать как среднее арифметическое плотности сухого грунта rd и плотности rd,min намываемого грунта в максимально рыхлом состоянии.
Таблица 2
| Грунт | Плотность сухого грунта rd, т/м3 | Угол внутреннего трения водонасыщенного грунта j, град | Коэффициент фильтрации k, м/сут |
| Песок: |
|
|
|
| пылеватый | 1,35-1,50 | 22-24 | 0,5-5 |
| мелкий и средний | 1,45-1,60 | 24-30 | 2-25 |
| крупный | 1,55-1,65 | 30-32 | 5-35 |
| гравелистый | 1,60-1,75 | 32-34 | 10-50 |
| Гравийный с содержанием песка менее 50 % | 1,70-1,90 | 34-36 | Св. 30 |
Примечания: 1. Табл. 2 составлена для грунтов с плотностью частиц rс = 2,65 - 2,70 т/м3
2. Большие значения плотности rd и коэффициента фильтрации k относятся к грунту с зернами окатанной формы, меньшие - к грунту с неокатанными зернами.
3. Большее значение угла внутреннего трения относится к грунту с неокатанными зернами, меньшее - к грунту с зернами окатанной формы.
4. При учете анизотропии характеристик намытых песчаных грунтов рекомендуется в расчетах фильтрации и устойчивости откосов намывных плотин корректировать приведенные в табл. 2 значения коэффициента фильтрации и угла внутреннего трения согласно опытным данным.
Прочностные характеристики крупнообломочных грунтов допускается определять на основе моделирования их составов.
1.18. За расчетные значения плотности сухого грунта в теле плотины следует принимать величины rd, соответствующие односторонней доверительной вероятности a = 0,95. Исходя из этого, устанавливают контрольные показатели физико-механических характеристик грунта для сооружения в целом или отдельных его частей.
1.19*. В проектах необходимо предусматривать геотехнический контроль за возведением плотины и состоянием ее основания. При выполнении геотехнического контроля следует учитывать требования СНиП 3.02.01-87, СНиП 3.07.01-85 и проекта.
При строительстве плотин в северной строительно-климатической зоне необходимо дополнительно осуществлять контроль за температурным состоянием грунтов тела и основания плотины, а также за температурным состоянием грунтов в карьерах, буртах зимнего хранения, при транспортировании и укладка
1.20* Плотность сложения грунта земляных насыпных, каменно-земляных и каменно-набросных плотин следует назначать с учетом:
а) исследований свойств грунтового материала и расположения его в теле плотины (как по высоте, так и по элементам профиля);
б) внешних нагрузок;
в) напряженно-деформированного состояния;
г) способа отсыпки и уплотнения грунтового материала и интенсивности возведения.
Плотность сложения грунта, как правило, назначают переменной по высоте плотины. При этом, учитывая изменение его физико-механических свойств в процессе строительства и эксплуатации сооружения, более плотный грунт принимают для нижних частей плотины.
Для плотин, возводимых в сейсмических районах, плотность сложения грунта в верхней части их профиля со стороны верхнего бьефа должна быть выше, чем в остальных частях. Размеры этой части определяют расчетом в зависимости от конструкции плотины с учетом требований СНиП II-7-81*.
В северной строительно-климатической зоне верхнюю промерзающую часть плотины (выше НПУ) следует возводить из уплотненных непучинистых или слабопучинистых грунтов.
Окончательно плотность сложения грунта устанавливают сравнением технико-экономических показателей разрабатываемых вариантов.
1.21* Для плотин I и II классов из грунтовых материалов следует, как правило, предусматривать опытные заготовки, отсыпку и укатку или намыв грунтов на участках, предпочтительно располагаемых в пределах профильных объемов проектируемого сооружения, для отработки технологии строительных работ, уточнения расчетных характеристик, а для намывных плотин также для определения раскладки грунта (фракционирования) по длине откоса намыва.
Плотность крупнообломочных грунтов каменно-земляных и каменно-набросных плотин III и IV классов допускается назначать по аналогам с учетом зернового состава грунта, прочности камня на сжатие, толщины отсыпаемого слоя, а также методов его уплотнения.