└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Для расчетного случая, определяющего объем сооружения, правая часть неравенств (6) и (7) должна превышать их левую часть не более чем на 10%.
8.13. В расчетах бетонных плотин на общую прочность и по деформациям в случаях, когда в расчетной схеме профиля сооружения наличие швов не учитывается, расчетное значение модуля деформации бетонной кладки плотины следует принимать:
для плотин, возводимых столбчатыми массивами или с перевязкой блоков бетонирования
; (8)
для плотин, возведенных послойным методом бетонирования
; (9)
где - начальный модуль упругости бетона, МПа;
- число вертикальных швов бетонирования на подошве плотины;
- число межстолбчатых или межсекционных швов, для которых применены меры их технологического обжатия;
- высота блока бетонирования, м.
При этом в статических расчетах расчетный модуль деформации , МПа, должен быть в пределах .
Для динамических расчетов модуль деформации бетонной кладки должен назначаться с учетом указаний СП 14.13330; при этом значение должно быть ограничено величиной 45000 МПа.
8.14. В расчетах бетонных плотин на общую прочность, а также по деформациям в случаях, когда наличие швов учитывается в расчете, в расчетах термонапряженного состояния бетонных плотин, по раскрытию трещин и строительных швов и при анализе данных натурных наблюдений о напряженном состоянии сооружения расчетное значение модуля деформации бетонной кладки следует принимать или по данным его определения в самом сооружении.
8.15. В расчетах прочности железобетонных элементов плотин расчетное значение модуля деформации следует принимать равным начальному модулю упругости бетона , определяемому в соответствии с СП 41.13330.
8.16. Начальный модуль упругости бетона в возрасте t менее 180 сут следует определять по формуле
, (10)
где a - безразмерный параметр, принимаемый по таблице 7.
Таблица 7
Значения параметра a
┌──────────┬────────────────────┬─────────────────────────────────────────┐
│ Осадка │Максимальный размер │ Параметр a при проектном классе бетона │
│ конуса │крупного заполнителя│ по прочности на сжатие │
│ бетонной │ D , мм ├──┬────┬───┬─────┬───┬───┬───┬───┬───┬───┤
│смеси, см │ max │B5│B7,5│B10│B12,5│B15│B20│B25│B30│B35│B40│
├──────────┼────────────────────┼──┼────┼───┼─────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│ < 4,0 │ 40 │27│ 37 │45 │ 54 │62 │77 │90 │106│126│146│
│ │ 80 │32│ 44 │56 │ 66 │77 │98 │116│133│154│171│
│ │ 120 │37│ 52 │66 │ 77 │90 │116│139│162│191│216│
├──────────┼────────────────────┼──┼────┼───┼─────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│ 4 - 8 │ 40 │20│ 28 │35 │ 41 │47 │58 │68 │80 │94 │106│
│ │ 80 │25│ 37 │42 │ 50 │58 │71 │86 │102│121│139│
│ │ 120 │29│ 40 │50 │ 60 │68 │86 │102│116│139│154│
├──────────┼────────────────────┼──┼────┼───┼─────┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│ > 8 │ 40 │12│ 15 │18 │ 22 │26 │35 │42 │50 │58 │64 │
│ │ 80 │14│ 19 │24 │ 29 │33 │42 │52 │60 │67 │72 │
│ │ 120 │17│ 23 │29 │ 35 │40 │50 │60 │68 │74 │80 │
└──────────┴────────────────────┴──┴────┴───┴─────┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
При возрасте бетона 180 сут и более начальный модуль упругости бетона допускается принимать по таблице 8.
Таблица 8
Значения начального модуля упругости бетона
┌────────┬─────────────┬──────────────────────────────────────────────────┐
│ Осадка │Максимальный │ Начальные модули упругости бетона при сжатии и │
│ конуса │ размер │ -3 │
│бетонной│ крупного │ растяжении E x 10 , МПа, при проектном классе │
│ смеси, │ заполнителя │ b │
│ см │ D , мм │ бетона по прочности на сжатие │
│ │ max ├────┬────┬────┬─────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┤
│ │ │ B5 │B7,5│B10 │B12,5│B15 │B20 │B25 │B30 │B35 │B40 │
├────────┼─────────────┼────┼────┼────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│ < 4,0 │ 40 │23,5│28,0│31,0│33,5 │35,5│38,5│40,5│42,5│44,5│46,0│
│ │ 80 │26,0│30,5│34,0│36,5 │38,5│41,5│43,5│45,0│46,5│47,5│
│ │ 120 │28,0│33,0│36,5│38,5 │40,5│43,5│45,5│47,0│48,5│49,5│
├────────┼─────────────┼────┼────┼────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│ 4 - 8 │ 40 │19,5│24,0│27,0│29,5 │31,5│34,5│37,0│39,0│41,0│42,5│
│ │ 80 │22,5│28,0│30,0│32,5 │34,5│37,5│40,0│42,0│44,0│45,5│
│ │ 120 │24,5│29,0│32,5│35,0 │37,0│40,0│42,0│43,5│45,5│46,5│
├────────┼─────────────┼────┼────┼────┼─────┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│ > 8 │ 40 │13,0│16,0│18,0│21,0 │23,0│27,0│30,0│32,5│34,5│36,0│
│ │ 80 │15,0│19,0│22,0│24,5 │26,5│30,0│33,0│35,0│36,5│37,5│
│ │ 120 │17,5│21,5│24,5│27,0 │29,0│32,5│35,0│37,0│38,0│39,0│
└────────┴─────────────┴────┴────┴────┴─────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
8.17. Расчетные сопротивления бетона снижаются (или повышаются) путем умножения на коэффициенты условий работы бетона , учитывающие влияние на прочность бетона таких факторов, как сочетания нагрузок, градиенты деформаций по сечению, формы поперечного сечения элемента, сложное напряженное состояние, строительные швы, многократное повторение действия нагрузок и других. Значения коэффициентов определяются в соответствии с СП 41.13330.
8.18. При проектировании поверхностных и глубинных водосбросных отверстий плотин следует выполнять расчет прочности опорных конструкций затворов (пазов, консолей и т.п.). Расчеты прочности этих конструкций следует выполнять методами теории упругости с учетом совместной работы стальных опорных деталей и бетонного основания.
Фильтрационные расчеты плотин
8.19. Расчеты общей фильтрационной прочности грунтов основания следует производить при осредненных градиентах напора в расчетной области фильтрации в соответствии с СП 23.13330.
8.20. Расчеты местной прочности противофильтрационных элементов плотин (понура, зубьев, инъекционной завесы) и грунта основания следует производить в соответствии с СП 23.13330 при критических градиентах напора:
на участке выхода фильтрационного потока в нижний бьеф и в дренажные устройства;
на границе неоднородных грунтов;
в местах расположения крупных трещин;
на границе мерзлых и талых пород (в основании и берегах);
на участках расположения островной мерзлоты.
8.21. Проверку отсутствия высачивания подземных вод на склоны и подтопления окружающей сооружение территории следует производить посредством сопоставления расчетных и допустимых уровней депрессионной поверхности фильтрационного потока.
8.22. Фильтрационные расчеты тела плотины и основания допускается в большинстве случаев выполнять, считая фильтрацию подчиняющейся линейному закону и режим ее установившимся. При быстро изменяющихся уровнях воды в бьефах расчеты следует выполнять при неустановившемся режиме фильтрации. При расчетах фильтрации в трещиноватых бортах и основаниях необходимо рассматривать возможность возникновения турбулентной фильтрации.
8.23. Характеристики фильтрационного потока (уровни, давления, градиенты напора, расходы) для плотин I, II и III классов надлежит определять расчетом. При этом допускается принимать задачу:
для русловых участков плотины - двумерной в вертикальных разрезах;
для береговых участков - двумерной в плане и в вертикальных разрезах по линиям тока.
Для плотин IV класса и при предварительных расчетах плотин I, II и III классов характеристики фильтрационного потока допускается определять приближенными аналитическими методами (коэффициентов сопротивлений, фрагментов и др.).
8.24. При определении характеристик фильтрационного потока необходимо учитывать влияние:
дренажных и противофильтрационных устройств;
полостей и расширенных швов на контакте с основанием и потерн в теле плотины;
водопроницаемости бетона и строительных швов;
напряженно-деформированного состояния основания и тела плотины;
температуры подземных вод и их минерализации;
температурного режима основания и его прогноза и изменения фильтрационных характеристик грунтов во времени.
Гидравлические расчеты и исследования плотин
8.25. Гидравлические расчеты и исследования водопропускных (водосбросных, водовыпускных и водоспускных) сооружений выполняются для условий пропуска строительных и эксплуатационных расходов с целью:
определения пропускной способности;
обоснования рациональных очертаний, размеров и конструкций водопроводящих трактов и их механического оборудования;
установления режимов течения при различных расходах, уровнях верхнего и нижнего бьефов и открытиях затворов;
обоснования способов сопряжения бьефов и гашения энергии;
обоснования способов борьбы со сбойностью течения в нижнем бьефе;
определения гидродинамических нагрузок и воздействий на элементы трактов и механического оборудования;
обоснования способов пропуска льда, шуги, сора и других плавающих тел;
прогноза местных и общих деформаций русел в бьефах (включая заиление и занесение водохранилищ) и их влияния на изменение зависимости уровней воды от расходов;
разработки мероприятий по защите от опасного развития местных намывов, кавитации и кавитационной эрозии и, в необходимых случаях, мероприятий по борьбе с ними;
обоснования рациональных схем маневрирования затворами;
обоснования способов пропуска наносов;
разработки мероприятий по защите сооружений и оборудования от абразивного износа.
8.26. Гидравлические расчеты и исследования надлежит проводить на основной и поверочные расчетные случаи, устанавливаемые согласно СП 58.13330.
Другие расчетные случаи могут быть приняты при надлежащем обосновании.
8.27. Для обоснования технических решений, принимаемых при проектировании водопропускных устройств плотин I и II классов, в дополнение к расчетам следует проводить гидравлические исследования с использованием физических моделей.
9. Бетонные и железобетонные плотины
на нескальных основаниях
Конструирование плотин и их элементов
9.1. Конструирование водосбросных бетонных и железобетонных плотин и их элементов на нескальных основаниях следует выполнять в соответствии с требованиями раздела 6 и указаниями настоящего раздела.
9.2. В водосбросных бетонных и железобетонных плотинах на нескальных основаниях надлежит различать следующие основные элементы (рисунок 8):
фундаментные плиты;
быки и устои;
водосливы и глубинные (донные) водосбросы;
деформационные швы и их уплотнения;
водобой, рисберма, переходное крепление;
противофильтрационные устройства (понур, шпунты, буробетонные сваи и стенки, зубья, противофильтрационные завесы);
дренажные устройства.
1 - паз ремонтного затвора; 2 - паз рабочего затвора;
3 - промежуточный бык; 4 - дренажная галерея; 5 - низовой
участок фундаментной плиты; 6 - гасители энергии;
7 - водобой; 8 - рисберма; 9 - ковш; 10 - переходное
деформируемое крепление; 11 - горизонтальный дренаж водобоя
и рисбермы; 12 - дренажные колодцы; 13 - обратный фильтр;
14 - вертикальный дренаж основания; 15 - горизонтальный
дренаж фундаментной плиты; 16 - верховой подплотинный
шпунт; 17 - горизонтальный дренаж понура; 18 - понурный
шпунт; 19 - надшпунтовая балка; 20 - крепление пригрузки;
21 - пригрузка понура; 22 - анкерный понур; 23 - гибкий
участок анкерного понура; 24 - верховой участок
фундаментной плиты; 25 - водослив; 26 - гребень водослива
Рисунок 8. Отдельные части и элементы водосливной плотины
с анкерным понуром на нескальном основании
9.3. Водосбросные бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях разбиваются температурно-осадочными швами на секции. Длина секций зависит от вида грунтов основания, его однородности и определяется на основании технико-экономического сопоставления вариантов.
Температурно-осадочные швы устраиваются, как правило, по оси быков.
При однородном основании допускается не разбивать плотину на секции, устраивая в отдельных случаях швы-надрезы.
9.4. Заглубление фундаментной плиты плотины в основание следует устанавливать с учетом требований статической устойчивости, гидравлических и фильтрационных условий.
При необходимости следует предусматривать устройство низового бетонного зуба или низового шпунтового ограждения.
9.5. Торец фундаментной плиты плотин с понуром из связных грунтов следует проектировать наклонным в сторону верхнего бьефа.
В пределах секции плотин следует предусматривать жесткое соединение быков с фундаментной плитой. Допускается предусматривать раздельное возведение быков и фундаментной плиты с последующим омоноличиванием швов.
9.6. Сопрягающий устой, входящий в состав береговой секции плотины, следует располагать, как правило, на общей с береговой секцией фундаментной плите. Допускается сопрягающий устой проектировать в виде подпорной стены, при этом в температурно-осадочном шве между устоем, водосливом и фундаментной плитой должны предусматриваться уплотнения.
9.7. Сопрягающие устои в пределах понура, водобоя и рисбермы следует проектировать в виде подпорных стен.
9.8. При проектировании плотины, в зависимости от пролета водосливных отверстий, климатических и инженерно-геологических условий района строительства следует предусматривать жесткую заделку водослива в быки или устройство между ними температурных швов, прорезающих водослив в плоскости боковой грани быка от гребня до верха фундаментной плиты. При водосливных отверстиях пролетом более 30 м следует предусматривать устройство температурных швов в теле водослива.
9.9. Глубинные водосбросы плотин на нескальных основаниях надлежит проектировать в виде замкнутых железобетонных рам.
9.10. При проектировании водосбросных плотин на нескальных основаниях в качестве основной формы сопряжения бьефов следует принимать донный режим с затопленным гидравлическим прыжком, предусматривая в необходимых случаях устройство гасителей энергии и рассекателей потока.
9.11. При донном режиме сопряжения бьефов в качестве основных надлежит принимать следующие типы гасителей энергии:
сплошная водобойная стенка;
водобойный колодец;
водобойная стенка с расположенным ниже нее неглубоким водобойным колодцем;
прорезная водобойная стенка;
гаситель в виде нескольких рядов шашек или пирсов;
комбинированные из разных типов гасителей.
Конструкция гасителя и его размещение на водобое наряду с гашением энергии должны обеспечивать устойчивость потока и исключать опасность возникновения сбойных течений. Кавитационная безопасность гасителей должна обеспечиваться использованием их безэрозионных форм и обоснованным исследованиями усилением от сжатого сечения.
9.12. Окончательный выбор режима сопряжения бьефов необходимо выполнять на основании технико-экономического сравнения вариантов. Выбор должен производиться с учетом размещения и размеров гидроэлектростанции, судоходных и других сооружений, глубин в нижнем бьефе, конструкций водобоя, рисбермы и переходных креплений, условий возникновения кавитации, сбойности течения и прогноза деформаций русла в нижнем бьефе при наименее благоприятных схемах работы водосбросов, а также условий пропуска строительных расходов.
9.13. Длина и профиль рисбермы, конструкция переходного крепления от рисбермы к незакрепленному руслу должны определяться на основе технико-экономического сопоставления вариантов, с учетом обеспечения неразмывающих скоростей потока в начале незакрепленного русла.
9.14. Для плотин I, II и III классов рисберму следует проектировать, как правило, в виде плит из монолитного бетона или железобетона.
|
