СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные - 4. Нагрузки, воздействия и их сочетания

4. НАГРУЗКИ, ВОЗДЕЙСТВИЯ И ИХ СОЧЕТАНИЯ

4.1. Нагрузки, воздействия и их сочетания на бетонные и железобетонные плотины следует определять согласно СНиП II-50-74, СНиП 2.06.04-82, СНиП II-7-81 и настоящего раздела.

4.2. При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать:

постоянные нагрузки и воздействия:

а) собственный вес сооружения, включая вес постоянного технологического оборудования (затворы, подъемные механизмы и пр.), месторасположение которого на сооружении не меняется в процессе эксплуатации;

б) силовое воздействие воды при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа, уровне нижнего бьефа, соответствующем пропуску через сооружение минимального по технологическим и экологическим требованиям расхода и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств:

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

в) вес грунта, сдвигающегося вместе с плотиной, и боковое давление грунта со стороны верхнего и нижнего бьефов;

временные длительные нагрузки и воздействия:

г) давление наносов, отложившихся перед плотиной;

д) температурные воздействия, определяемые для года со средней амплитудой колебаний среднемесячных температур;

е) поровое давление в водонасыщенном грунте при нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств, НПУ в верхнем бьефе и уровне в нижнем бьефе, соответствующем минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу;

кратковременные нагрузки и воздействия:

ж) силовое воздействие воды при уровнях в верхнем и нижнем бьефах, соответствующих пропуску через сооружение расхода основного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП II-50-74, и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств (взамен подпункта "б"):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

динамические нагрузки;

з) давление льда, определяемое при его средней многолетней толщине;

и) давление волны, определяемое при средней многолетней скорости ветра;

к) нагрузки от подъемных, перегрузочных, транспортных устройств и других конструкций и механизмов (мостовых и подвесных кранов и т.п.);

л) нагрузки от плавающих тел.

4.3. При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные, временные длительные, кратковременные нагрузки и воздействия и одну из следующих особых нагрузок и воздействий:

а) силовое воздействие воды при форсированном подпорном уровне (ФПУ) верхнего бьефа, уровне нижнего бьефа, соответствующем пропуску через сооружение расхода поверочного расчетного случая, устанавливаемого в соответствии со СНиП II-50-74, и нормальной работе дренажных и противофильтрационных устройств (взамен п. 4.2 б, ж):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

динамические нагрузки;

б) силовое воздействие воды, обусловленное нарушением одного из дренажных или одного из противофильтрационных устройств, при НПУ в верхнем бьефе и уровне в нижнем бьефе, соответствующем минимальному по технологическим и экологическим требованиям расходу (взамен п. 4.2 б, е, ж):

давление воды на верховую и низовую грани плотины;

пригрузка основания со стороны верхнего и нижнего бьефов;

силовое воздействие фильтрующейся воды;

поровое давление в водонасыщенном грунте основания;

в) температурные воздействия, определяемые для года с максимальной амплитудой колебаний среднемесячных температур, а также для года с максимально низкой среднемесячной температурой (взамен п. 4.2 д) ;

г) давление льда, определяемое при максимальной многолетней толщине льда обеспеченностью 1% (взамен п. 4.2 з);

д) давление волны, определяемое при максимальной многолетней скорости ветра обеспеченностью 2% - для сооружений I и II классов и 4% - для сооружений III и IV классов (взамен п. 4.2 и);

е) сейсмические воздействия.

4.4. В основные и особые сочетания нагрузок и воздействий следует включать только те из кратковременных нагрузок и воздействий (п. 4.2 ж, з, и, к, л), которые могут действовать одновременно.

4.5. При определении величины пригрузки основания водой в верхнем и нижнем бьефах (пп. 4.2 б, ж; 4.3 а, б) необходимо учитывать разницу в давлении воды на основание до и после возведения сооружения.

4.6. Нагрузки и воздействия для строительного периода плотины и ремонтного случая следует принимать по основному и особому сочетаниям, а величины этих нагрузок и воздействий должны определяться в зависимости от конкретных условий возведения и ремонта сооружения.

4.7. Нагрузки и воздействия должны приниматься в наиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для эксплуатационного и строительного периодов.

4.8. Коэффициент надежности по нагрузкам при расчете плотин следует принимать в соответствии со СНиП II.50-74.

4.9. При расчете общей прочности и устойчивости плотин коэффициенты надежности по нагрузке для собственного веса, температурных, влажностных и динамических воздействий, а также для всех грунтовых нагрузок при расчетных значениях характеристик грунтов tgj_{I, II}; с_I,II; g_I,II, определенных в соответствии со СНиП II-16-76, должны приниматься равными единице.

4.10. Плотность бетона для плотин I, II и III классов следует определять на основе результатов испытания образцов, изготовленных из подобранных составов бетона.

Плотность бетона для плотин IV класса - во всех случаях, а для плотин 1, II и III классов - на предварительных стадиях проектирования допускается принимать по табл. 4.

Таблица 4

При отсутствии данных о плотности заполнителя плотность бетона следует принимать при плотности заполнителя 2650 - 2700 кг/м³.

4.11. Интенсивность давления воды на наружные грани плотины следует принимать равной

p' (1 - a_2,d), где р' - гидростатическое давление, Па; a_2,d - коэффициент эффективной площади противодавления в материале плотины, определяемый в соответствии с п. 4.15.

4.12. Интенсивность давления воды на свободные поверхности основания в верхнем и нижнем бьефах (пригрузка основания) следует принимать равной p' (1 - a_2,f), где a_2,f - коэффициент эффективной площади противодавления в грунте основания, см. п. 4.15.

Пригрузку основания в верхнем и нижнем бьефах допускается не учитывать в расчетах устойчивости и прочности:

плотин всех классов высотой менее 60 м, расположенных на скальном основании;

плотин III и IV классов, расположенных на нескальных грунтах;

плотин I и II классов высотой более 60 м, расположенных на скальном основании - на предварительных стадиях проектирования;

плотин I и II классов, расположенных на нескальных грунтах - на предварительных стадиях проектирования.

4.13. Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать в виде (черт. 6) :

а) поверхностных сил интенсивностью p (a_2,f - a_2,d), приложенных по нормали к подошве плотины (противодавление), где р ‑ гидродинамическое давление в потоке фильтрующейся воды, Па, определяемое в соответствии с п. 4.14;

б) объемных сил в основании плотины интенсивностью , причем горизонтальная q_fx и вертикальная q_fy проекции вектора  равны:

При этом удельный вес грунта основания принимается в водонасыщенном состоянии.

При а_2,f = const в расчетной области основания интенсивность объемных сил равна  = - . где  - градиент гидродинамического давления, см. п. 4.14;

в) объемных сил в водонасыщенных зонах плотины, включающих части сооружения, расположенные между напорной гранью и дренажом и между подошвой плотины и уровнем нижнего бьефа интенсивностью , причем горизонтальная q_dx и вертикальная q_dy проекции вектора  равны:

При этом удельный вес бетона принимается в водонасыщенном состоянии.

Черт. 6. Схема силового воздействия воды

1 сухая часть плотины; 2 - водонасыщенная часть плотины; 3- дренаж плотины; 4 - объемные силы фильтрующейся воды в водонасыщенных зонах плотины; 5 - давление на низовую грань плотины; 6 - пригрузка основания со стороны нижнего бьефа; 7 - противодавление по подошве плотины; 8 - дренаж основания; 9 - цементационная завеса; 10 - объемные силы фильтрующейся воды в основании; 11 - пригрузка основания со стороны верхнего бьефа; 12 - давление на верховую грань плотины

При а_2,d = const в расчетной области водонасыщенных зон плотины интенсивность объемных сил равна  = - .

Если в водонасыщенных частях плотины и основания значения коэффициента а₂ изменяются скачкообразно от значения а'₂ до значения а''₂, причем а'₂ > а''₂, то на границе областей с различными значениями а₂ следует прикладывать нормальные к линии раздела областей поверхностные силы интенсивностью p (a'₂ - a''₂), направленные в сторону области с a''₂.

Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать только в виде противодавления и объемных сил в основании плотины:

при расчетах плотин II класса высотой более 60 м, расположенных на скальном основании, - во всех случаях;

при расчетах плотин I и II классов, расположенных на нескальном основании, - во всех случаях.

Силовое воздействие фильтрующейся воды следует учитывать только в виде противодавления:

при расчетах плотин всех классов высотой менее 60 м, расположенных на скальном основании, - во всех случаях;

при расчетах плотин III и IV классов, расположенных на нескальном основании, - во всех случаях;

при расчетах плотин I и II классов высотой более 60 м, расположенных на скальном основании, а также плотин I и II классов, расположенных на нескальном основании, - на предварительных стадиях проектирования.

При этом удельный вес грунта принимается во взвешенном состоянии.

4.14. Значения гидродинамического давления р и его градиента  в потоке фильтрующейся воды в расчетных областях фильтрации основания и тела плотины определяются фильтрационными расчетами согласно пп. 5.24 - 5.27.

На наружных гранях плотины и свободных поверхностях основания в верхнем и нижнем бьефах значения р совпадают с величиной гидростатического давления.

На линии, разделяющей водонасыщенную и сухую части плотины (кривая депрессии), р = 0.

На подошве плотины гидродинамическое давление, Па, определяется по формуле

р = (h_v + h_f) g_w,                                                   (1)

где h_v - ордината пьезометрического напора в рассматриваемой точке под взвешивающим воздействием нижнего бьефа, м;

h_f - то же, при фильтрации под действием расчетного напора H_d, м;

g_w ‑ удельный вес воды, Н/м³.

Значение h_v определяется как разность отметок уровня воды в нижнем бьефе и рассматриваемой точки.

Для плотин высотой менее 60 м на скальных основаниях значения h_f допускается находить по эпюрам, приведенным на черт. 7, при этом величину h_f по оси цементационной завесы Н_as и по оси дренажных устройств Н_dr следует принимать по табл. 5.

Черт. 7. Эпюры пьезометрического напора по подошве плотины

a - гравитационная плотина с цементационной завесой а основании; б - гравитационная плотина без цементационной завесы; в - гравитационная плотина с продольной полостью у основания; г - гравитационная плотина с расширенными швами и массивно-контрфорсная плотина; д - контрфорсная плотина с плоским перекрытием; е - арочная плотина

Таблица 5

4.15. Значения коэффициента a₂ следует принимать:

для крупнообломочных, песчаных и сильнотрещиноватых полускальных грунтов, раскрывшихся строительных швов и зон растяжения бетона и скального основания равным 1,0;

для глинистых грунтов, а также в сжатой зоне бетона и скального основания - по результатам исследований с учетом водопроницаемости бетона и грунтов основания, режима заполнения и колебаний уровня воды водохранилища, эффективности противофильтрационных устройств на напорной грани, в швах плотины и основании, включая береговые примыкания; до выполнения перечисленных здесь исследований, а также при предварительных расчетах допускается принимать a₂ = 0,5.

Следует принимать a_2,d = 0 в случаях:

расчетов устойчивости плотин всех классов и видов;

расчетов прочности плотин всех классов с гидроизолирующим экраном на напорной грани;

расчетов прочности плотин всех классов, расположенных на нескальном основании.

Допускается принимать a_2,d = 0 в расчетах прочности плотин II, III, IV классов, расположенных на скальном основании.

4.16. При расчете устойчивости давление наносов P_ws, кН со стороны верхнего бьефа на 1 м длины сооружения допускается определять по формуле

                  (2)

где  - удельный вес грунта наносов во взвешенном состоянии, кН/м³;

 ‑ высота наносов перед плотиной, м;

 - угол внутреннего трения грунта наносов, град.

4.17. Температурные воздействия следует принимать по данным многолетних наблюдений за температурой воздуха в створе плотины и на основании прогноза температуры воды в водохранилище.

4.18. Динамические нагрузки при осуществлении сбросов воды следует определять для плотин I и II классов по результатам расчетов и экспериментальных исследований, для плотин III и IV классов - по результатам расчетов или аналогам.

4.19. Поровое давление в грунтах учитывается при проверке устойчивости на сдвиг и прогнозе осадок плотины при возведении ее на глинистых грунтах со средним коэффициентом фильтрации менее 10^-2 м/сут и коэффициентом водонасыщения более 0,8.