Грунты и основания гидротехнических сооружений
Последние материалы
Заключение (Грунты)
При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8.
Представления о решении задач нелинейной механики грунтов
На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов.
Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии
Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем.
Основные закономерности татического деформирования грунтов
За последние 15. 20 лет в результате многочисленных экспериментальных исследований с применением рассмотренных выше схем испытаний получены обширные данные о поведении грунтов при сложном напряженном состоянии. Поскольку в настоящее время в…
Упругопластическое деформирование среды и поверхности нагружения
Деформации упругопластических материалов, в том числе и грунтов, состоят из упругих (обратимых) и остаточных (пластических). Для составления наиболее общих представлений о поведении грунтов при произвольном нагружении необходимо изучить отдельно закономерности…
Описание схем и результатов испытаний грунтов с использованием инвариантов напряженного и деформированного состояний
При исследовании грунтов, как и конструкционных материалов, в теории пластичности принято различать нагружение и разгрузку. Нагружением называют процесс, при котором происходит нарастание пластических (остаточных) деформаций, а процесс, сопровождающийся изменением (уменьшением)…
Инварианты напряженного и деформированного состояний грунтовой среды
Применение инвариантов напряженного и деформированного состояний в механике грунтов началось с появления и развития исследований грунтов в приборах, позволяющих осуществлять двух- и трехосное деформирование образцов в условиях сложного напряженного состояния…
О коэффициентах устойчивости и сопоставление с результатами опытов
Так как во всех рассмотренных в этой главе задачах грунт считается находящимся в предельном напряженном состоянии, то все результаты расчетов соответствуют случаю, когда коэффициент запаса устойчивости к3 = 1. Для…
Давление грунта на сооружения
Особенно эффективны методы теории предельного равновесия в задачах определения давления грунта на сооружения, в частности подпорные стенки. При этом обычно принимается заданной нагрузка на поверхности грунта, например, нормальное давление р(х), и…
Несущая способность оснований
Наиболее типичной задачей о предельном равновесии грунтовой среды является определение несущей способности основания под действием нормальной или наклонной нагрузок. Например, в случае вертикальных нагрузок на основании задача сводится к тому…
Процесс отрыва сооружений от оснований
Задача оценки условий отрыва и определения требуемого для этого усилия возникает при подъеме судов, расчете держащей силы «мертвых» якорей, снятии с грунта морских гравитационных буровых опор при их перестановке, а…
Решения плоской и пространственной задач консолидации и их приложения
Решений плоской и тем более пространственных задач консолидации в виде простейших зависимостей, таблиц или графиков очень ограниченное число. Имеются решения для случая приложения к поверхности двухфазного грунта сосредоточенной силы (В…
Строительство гидротехнических сооружений на слабых грунтах
Крупнообломочные (валунные, галечниковые, гравийные), песчаные
Таблица 2 (Измененная редакция, Изм. N 1).
5.5 Состав необходимых характеристик из числа перечисленных в 5.3 и 5.4 определяется в техническом задании на проведение инженерно-геологических изысканий в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий участка, назначения, класса и технических характеристик проектируемого сооружения, характера и величины ожидаемых нагрузок и воздействий, состава и методов расчетов и т.п. Состав необходимых характеристик следует назначать с учетом особенностей процесса возведения и условий эксплуатации сооружений, которые могут повлиять на изменение физико-механических свойств грунтов. В составе технического задания и программы на проведение инженерно-геологических изысканий должна быть разработана программа специальных полевых и лабораторных исследований и определений физико-механических свойств грунтов.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.6 Программы специальных полевых и лабораторных исследований должны содержать методики испытаний грунтов и интервалы нагрузок, в пределах которых следует определять значения механических параметров, назначенные с учетом состава, природного состояния грунтов и предполагаемых условий взаимодействия сооружения с грунтовым основанием, требования к испытательному оборудованию и т.д.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.6а Характеристики из числа перечисленных в 5.3 и 5.4, для определения которых отсутствуют методы, регламентированные действующими нормативными документами, при соответствующем обосновании следует определять согласно требованиям опубликованных и апробированных отечественных методик.
(Введен дополнительно, Изм. N 1).
5.7 Инженерно-геологические условия строительства следует конкретизировать и детализировать путем обобщения и анализа результатов полевых и лабораторных исследований грунтов и построения инженерно-геологических и расчетных (численных или физических) моделей (схем) основания с учетом указаний раздела 6 настоящего свода правил. Оценка неоднородности грунтов основания, выделение ИГЭ и РГЭ и вычисление нормативных и расчетных значений характеристик выполняются путем статистической обработки результатов испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ 20522 и раздела 6 настоящего свода правил.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.10 В области многолетней мерзлоты физические, механические и фильтрационные характеристики основания зависят от льдистости (влажности) и температуры пород. Деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики массива в криолитозоне следует определять преимущественно полевыми методами (штамповые опыты, откачки и нагнетания воды, геофизические методы). Массив должен быть охарактеризован как в естественном, так и в прогнозном (после оттаивания) состоянии.
5.11 При проектировании системы «сооружение-основание» следует учитывать возможное изменение физико-механических характеристик грунтов в процессе возведения и эксплуатации сооружения, связанное с изменением гидрогеологического режима, напряженно-деформированного состояния основания, последовательностью и условиями ведения строительных работ, искусственным регулированием физико-механических свойств грунтов и т.д.
Для районов распространения многолетнемерзлых грунтов следует также учитывать изменение температурного режима основания, приводящее к изменению состояния, механических и теплофизических свойств грунтов.
Характер и интенсивность возможных изменений свойств грунтов оснований в процессе строительства и эксплуатации сооружений должны прогнозироваться на весь срок службы сооружения на основе результатов соответствующих модельных и экспериментальных исследований и их последующей корректировки по результатам натурных наблюдений (мониторинга).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.12 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов для оценки состояния гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации следует устанавливать на основе результатов инженерно-геологических изысканий, результатов геотехнического контроля при возведении сооружений и с учетом данных натурных наблюдений. В необходимых случаях следует проводить дополнительные инженерно-геологические исследования по специально разработанным программам.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.13 Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов при дополнительных изысканиях для целей ремонта, реконструкции и эксплуатации должны устанавливаться по специальной программе. Программа изысканий должна учитывать специфику существующих сооружений, а методы испытаний и исследований следует назначать с учетом методик предшествующих испытаний и исследований.
Характеристики нескальных грунтов
5.14а Для оснований и сооружений III-IV классов при соответствующем обосновании допустимо для определения и использовать метод одноплоскостного среза по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248) и (или) по консолидированно-недренированной схеме с измерением порового давления.
Для оснований и сооружений III и IV классов допускается при соответствующем обосновании для определения использовать метод одноплоскостного среза по неконсолидированно-недренированной схеме («быстрый срез»).
Примечания
1 Характеристики прочности и в нестабилизированном состоянии (в полных напряжениях) определяются в исключительных случаях только для специально обоснованных расчетных схем.
5.15 Нормативные и расчетные значения характеристик и следует определять применительно к гипотезе прочности Кулона или Кулона-Мора путем статистической обработки всех пар предельных значений максимальных и минимальных главных напряжений, полученных методом трехосного сжатия (либо пар значений нормальных и предельных касательных напряжений, полученных методом одноплоскостного среза) в соответствии с ГОСТ 20522.
5.18 При испытаниях крупнообломочных грунтов допускается применение моделирования гранулометрических составов и методов, включающих получение экспериментальных зависимостей характеристик прочностных и деформационных свойств испытуемого грунта от параметров плотности сложения и гранулометрического состава.
При проектировании искусственных оснований из крупнообломочных грунтов (галечников, горной массы и т.п.) кроме указанных выше характеристик следует по результатам лабораторных и полевых опытно-производственных испытаний определять допустимые диапазоны изменения гранулометрического состава, контрольных значений плотности сухого грунта и влажности грунта, укладываемого в основание. При определении деформационных характеристик и диапазонов изменения указанных выше параметров разрешается использование экспериментально обоснованных методов.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.20 Коэффициент уплотнения определяется методом компрессионного либо трехосного сжатия согласно ГОСТ 12248. Нормативные значения должны определяться в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициента уплотнения следует принимать равными нормативным.
5.21 Нормативные значения коэффициентов поперечной деформации рекомендуется определять по результатам испытаний методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме с независимым измерением продольных и поперечных деформаций образца грунта. Значения следует определять как средние арифметические частных значений этой характеристики, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зависимостям измеряемых в опытах величин.
Расчетные значения коэффициента поперечной деформации следует принимать равными нормативным.
При отсутствии экспериментальных значений расчетные значения коэффициента при обосновании допускается принимать по таблице 3.
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
— передача нагрузок от сооружения на плотный естественный грунт, расположенный под слабым грунтом, прорезкой толщи слабого грунта сваями, оболочками большого диаметра, опускными колодцами и т.д.;
— полная или частичная замена слабых грунтов песком, гравием, щебнем и т.д.;
— уплотнение слабых грунтов трамбованием тяжелыми трамбовками (с устройством при необходимости дрен), устройством песчаных набивных свай, вибрационными машинами и катками и т.д.;
— закрепление слабых грунтов буросмесительным или вибрационным способом с введением в толщу грунта отвердителя (цемента, извести и др.) и перемешивании его с грунтом (РД 31.31.29-82).
1.2 При выборе типа сооружения и способа повышения несущей способности слабых грунтов следует учитывать:
— имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в сходных инженерно-геологических, гидрологических и сейсмических условиях;
— технико-экономические характеристики конкурирующих вариантов;
— степень освоенности варианта строительства в регионе и возможности строительных организаций;
— запланированные (установленные) сроки строительства.
1.3 Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований гидротехнических сооружений без дополнительных (специальных) предпостроечных мероприятий по повышению их несущей способности должна обосновываться положительным опытом эксплуатации сооружений-аналогов, расчетами и специальными исследованиями. При этом в проекте особо оговариваются вопросы технологии и темпов строительства, обеспечивающих эксплуатационную надежность сооружения.
1.4 При разработке проекта в случае необходимости укрепления оснований рекомендуется рассмотреть варианты реализации мероприятий по повышению несущей способности слабых грунтов (закладка дрен, устройство илоцементных или известковых свай буросмесительным методом, устройство песчаных свай и др.) как до начала возведения сооружения (предпостроечные методы), так и в процессе возведения (например, после образования территории до отметок выше уровня воды в акватории).
1.5 В проектах сооружений следует предусматривать выполнение контрольно-исследовательских работ на стройплощадке в процессе строительства и в первые годы эксплуатации. Программа таких работ составляется проектной организацией, является неотъемлемой частью проекта и может уточняться в процессе возведения сооружения.
2 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКЦИЯМ ПОРТОВЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
2.1 В сейсмических районах при наличии в основании строительной площадки слабых грунтов рекомендуются следующие конструкции портовых гидротехнических сооружений:
— причальные заанкеренные стенки из стального шпунта (корытного, таврового, трубошпунта и др.) ( рисунок 2.1 );
— причальные эстакады на стальных трубчатых и коробчатых сваях, на железобетонных центрифугированных сваях-оболочках и призматических сваях ( рисунок 2.2 );
— причальные и оградительные сооружения из оболочек большого диаметра ( рисунок 2.3 );
— оградительные сооружения шатрового типа на козловых свайных опорах ( рисунок 2.4 );
— оградительные сооружения набросного типа ( рисунок 2.5 ).
Допускается использование и других конструкций, по которым имеется положительный опыт эксплуатации в сейсмических районах.
2.2 При наличии в основании заанкеренного больверка слабых грунтов последние должны быть полностью или частично заменены на более качественные крупнообломочные грунты, либо укреплены. Необходимость замены или укрепления 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 укрепления грунта устанавливается расчетами устойчивости сооружения с учетом сейсмических воздействий. За лицевой стенкой рекомендуется грунт заменять или укреплять на всем участке между лицевой и анкерной стенками.
2.3 Способ строительства заанкеренного больверка (последовательность отсыпки грунта) должен исключать смещение оставляемых слабых грунтов при работах по образованию территории 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 и анкерной стенками.
2.4 Оболочки большого диаметра следует опирать на плотные подстилаемые грунты. Слабые грунты внутри оболочек целесообразно заменять на более прочные, либо укреплять их способами, указанными в п. 1.1 настоящих Рекомендаций.
2.5 Свайные опоры должны быть погружены в прочные, устойчивые к сейсмическим воздействиям грунты.
2.6 Для повышения горизонтальной жесткости пирсов эстакадного типа рекомендуется: поверх слабых грунтов отсыпать последовательно песчаную подушку и слой крупнообломочного грунта и уплотнять этот грунт. Рекомендуется также на сваях в этом слое устанавливать (закреплять) уширители, вовлекающие больший объем грунта в работу при горизонтальных нагрузках. Рекомендуется также устройство козловых опор.
2.7 Оградительные сооружения набросного типа допускается возводить на «плавающей» песчаной подушке, укладываемой на поверхности слабого грунта или в специальную выемку. Размеры песчаной подушки устанавливаются по результатам расчетов прочности слабого грунта под подушкой, прочности подушки на продавливание и сейсмоустойчивости сооружения по линиям обрушения, проходящим по слабому грунту.
3 РАСЧЕТЫ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
— оценку сейсмичности площадки строительства;
— определение сейсмических нагрузок;
— проверки устойчивости сооружения или его частей на сдвиг при учете действия сейсмических нагрузок;
— определение внутренних усилий в несущих элементах конструкции с учетом действия сейсмических нагрузок и проверки прочности.
3.2 Сейсмичность площадки строительства в баллах устанавливается по СНиП II-7-81 * (или территориальным строительным нормам) в зависимости от сейсмичности района и уточняется по данным микросейсморайонирования или в зависимости от категории грунтов (по сейсмическим свойствам), залегающих в основании сооружения. При этом, если сейсмические нагрузки, действующие на сооружение, определяются при использовании динамических расчетных схем, включающих и массив грунта основания, расчетная сейсмичность устанавливается по категории грунтов, расположенных в основании динамической расчетной схемы.
3.5 При определении сейсмических нагрузок от грунта, расположенного ниже уровня воды в акватории, в расчете необходимо принимать массу водонасыщенного грунта (массу грунта с учетом массы воды в порах).
3.6 Для заанкеренных больверков необходимо выполнить следующие виды проверок устойчивости:
— на поворот вокруг точки крепления анкера (активное и пассивное давление грунта на стенку принимается с учетом сейсмического воздействия);
— сдвиг по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения (учитываются сейсмические нагрузки, действующие на сдвигаемый массив грунта);
— сдвиг по фиксированным поверхностям скольжения (учитываются сейсмические нагрузки, действующие на сдвигаемые блоки грунта);
— сдвиг анкерной плиты (активное и пассивное давление на плиту принимается с учетом сейсмического воздействия, анкерное усилие принимается из расчета лицевой стенки с учетом сейсмических воздействий).
Следует рассмотреть и другие возможные формы сдвига грунтовых массивов с учетом реального расположения прослоек слабых грунтов, например, сдвиг по смешанным поверхностям (комбинации прямолинейных и криволинейных участков поверхностей).
3.7 Активное и пассивное давление грунта на лицевую стенку больверка с учётом сейсмического воздействия определяются по формулам
; (3.1)
Углы отклонения e а и e р определяются по формулам
; (3.3)
3.8 Эффективные коэффициенты сейсмичности для зон активного и пассивного давления Аэа и Аэр с учетом водонасыщенности грунта и динамического характера сейсмического воздействия определяются по РД 31.31.55-93 или РД 31.31.26-81 на основе динамического расчета по спектральному методу. Для предварительных расчетов заанкеренных больверков допускается принимать
; (3.5)
Для предварительных расчетов допускается принимать Ка = 2,7; Кр = 2,2.
3.9 Проверку общей устойчивости сооружения 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, в результате чего равнодействующая сил веса и сейсмической силы становится вертикальной.
3.10 Согласно способу поворота расчетной схемы сооружения на сейсмический угол производится переформирование расчетной схемы сооружения и корректировки характеристик грунтов и грузов на причале согласно пп. 3.11-3.13. Д альнейший расчет производится по вычислительной программе для изменённой расчетной схемы. При использовании для проверки общей устойчивости вычислительной программы « KREJ », разработанной Ленморниипроектом, лицевая стенка условно принимается вертикальной.
Для предварительных расчетов устойчивости Аэу допускается определять по формуле
. (3.9)
а) исходный разрез; б) переформированный (повернутый на угол e у ) разрез (лицевая стенка условно принята вертикальной)
Силы сопротивления сдвигу Е sp 1 и Esp 2 определяются по формулам
; (3.11)
; (3.12)
3.15 Для блочных гравитационных стенок необходимо выполнить проверки устойчивости оснований при следующих поверхностях скольжения грунтового основания:
— плоский сдвиг стенки по основанию в направлении действия сейсмической силы;
— глубинный сдвиг стенки вместе с грунтом по криволинейной (круговой или смешанной) поверхности скольжения в направлении действия сейсмической силы и в противоположном направлении.
3.16 Проверки устойчивости блочных гравитационных стенок необходимо производить при учете сейсмических моментов, обусловленных инерцией вращения, соответствующих каждой из двух первых форм колебаний ( рисунок 3.3 ), а также при результирующем моменте.
3.17 При определении несущей способности свай по грунту в случае, если по высоте сваи имеются слои сжимаемых грунтов, необходимо учитывать силы «отрицательного трения» от грунтов, расположенных выше сжимаемого слоя. Учет сил «отрицательного трения» необходимо производить согласно СНиП 2.02.03-05.
4 КОНТРОЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ НА СТРОЙПЛОЩАДКЕ
4.1 Контрольно-исследовательские работы выполняются проектной организацией, разрабатывающей проект. Состав контрольно-исследовательских работ на стройплощадке зависит от конструкции сооружения, технологии его строительства, а также от выбранного способа улучшения строительных свойств грунтов и включает:
— контроль соблюдения проектной технологии строительства;
— контроль качества замены, уплотнения или закрепления слабых грунтов, осуществляемый с помощью бурения, отбора и испытания грунтов;
— контроль осадок территории и послойных деформаций грунтов и уточнение на основании этого сроков консолидации грунтов:
— предсдаточные контрольные испытания сооружения.
Программа контрольно-исследовательских работ составляется проектной организацией, разрабатывающей проект, и согласовывается с заказчиком и подрядной организацией.
4.2 В программе контрольно-исследовательских работ, выполняемых на стадии строительства, указываются:
— перечень параметров технологии строительства, которые подлежат контролю, а также количественные и качественные характеристики этих параметров;
— места контрольных бурений и отбора образцов, перечень физико-механических характеристик грунтов, подлежащих определению, методики испытаний, а также значения физико-механических характеристик грунтов, которые приняты в проекте и должны быть достигнуты;
— места закладки реперов и марок для измерения осадок территории и послойных деформаций грунтов, конструкции реперов и марок, мероприятия по их сохранности в процессе строительства и эксплуатации, инструменты и способы измерений, периодичность измерений, методика обработки результатов измерений, а также проектный срок консолидации грунтов.
Конструкцию реперов и марок и схему закладки их на портовых гидротехнических сооружениях следует принимать по РД 31.3.3-97. Наблюдения за осадками и деформациями грунтов следует выполнять согласно ГОСТ 24846-81.
4.3 В случае, если окажется, что прогнозируемый по результатам наблюдений за осадками территории срок консолидации слабых грунтов недопустимо превышает проектный срок консолидации, могут быть рекомендованы:
— временная огрузка сооружения дополнительным грузом, укладываемым на территории сооружения с целью ускорения сроков консолидации;
— эксплуатация сооружения по временной схеме (без устройства жесткого покрытия территории) вплоть до достижения консолидации слабых грунтов и затухания осадок территории,
Работы по огрузке сооружения необходимо выполнять в соответствии с требованиями РД 31.35.06-81.
4.4 Предсдаточные контрольные испытания сооружения должны включать:
— экспериментальные определения динамических характеристик сооружения (периодов, декрементов и форм горизонтальных колебаний);
— предсдаточную контрольную огрузку сооружений распорного типа временной нагрузкой.
4.5 Динамические характеристики сооружения следует определять возбуждением свободных колебаний: с помощью микровзрывов; путем навала судна на причал (ударная нагрузка); путем разрыва калиброванной на расчетное усилие вставки, соединяющей причал с отходящим от него судном; и т.д. Регистрирующими приборами являются сейсмоприемники, расставленные в различных точках по длине и ширине сооружения, и шлейфовые осциллографы.
4.6 Предсдаточной контрольной огрузке следует подвергать сооружения, опираемые на сжимаемые грунты. Цели предсдаточной огрузки:
4.7 Величина контрольной нагрузки при предсдаточной огрузке для заанкеренных больверков и подпорных стен другой конструкции принимается в зависимости от расчетной сейсмичности района (площадки) строительства по таблице 4.1
Контрольная нагрузка, в долях от нормативной