ПОСТАНОВЛЕНИЕ МИНИСТЕРСТВА АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

16 ноября 2020 г. № 89

Об утверждении и введении в действие строительных норм СН 3.04.01-2020

На основании подпункта 5.6 пункта 5 Положения о Министерстве архитектуры и строительства Республики Беларусь, утвержденного постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 31 июля 2006 г. № 973, Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь ПОСТАНОВЛЯЕТ:

1. Утвердить и ввести в действие через 60 календарных дней после их официального опубликования разработанные РУП «Стройтехнорм» и внесенные главным управлением градостроительства, проектной, научно-технической и инновационной политики Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь строительные нормы СН 3.04.01-2020 «Гидротехнические сооружения общего назначения».

2. Настоящее постановление вступает в силу после его официального опубликования.

МИНИСТЕРСТВО АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

ГІДРАТЭХНІЧНЫЯ ЗБУДАВАННІ АГУЛЬНАГА ПРЫЗНАЧЭННЯ

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Издание официальное

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Минск 2021

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

УДК 626/627(083.74)

Ключевые слова: гидротехнические сооружения, земляные плотины, каменно-земляные плотины, гравитационные бетонные и железобетонные плотины, водослив, водосброс, дренаж, затвор, водобой, рисберма, канал, ветровые волны, нагрузки и воздействия, подпорные стены, гидравлические расчеты, фильтрационные расчеты, расчеты прочности и устойчивости

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНЫ научно-проектно-производственным республиканским унитарным предприятием «Стройтехнорм» (РУП «Стройтехнорм»).

Авторский коллектив: руководитель разработки к. т. н. Г. Г. Круглов (разделы 1–4, 7–11), к. т. н. П. М. Богославчик (разделы 5, 6)

ВНЕСЕНЫ главным управлением градостроительства, проектной, научно-технической и инновационной политики Министерства архитектуры и строительства

2 УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ постановлением Министерства архитектуры и строительства от 16 ноября 2020 г. № 89

В Национальном комплексе технических нормативных правовых актов в области архитектуры и строительства настоящие строительные нормы входят в блок 3.04 «Гидротехнические и мелиоративные сооружения»

3 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ (с отменой ТКП 45-3.04-150-2009 (02250), ТКП 45-3.04-169-2009 (02250), ТКП 45-3.04-170-2009 (02250), ТКП 45-3.04-271-2012 (02250))

© Минстройархитектуры, 2021

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Изданы на русском языке

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения и обозначения

3.1 Термины и определения

3.2 Обозначения

4 Общие положения

4.1 Общие требования к гидротехническим сооружениям

4.2 Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений

4.3 Охрана окружающей среды

4.4 Назначение класса гидротехнических сооружений

4.5 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения

4.6 Обоснование надежности и безопасности гидротехнических сооружений

4.7 Расчетные расходы и уровни воды

5 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения

5.1 Нагрузки и воздействия волн на гидротехнические сооружения вертикального и откосного профиля

5.1.1 Нагрузки от стоячих волн на сооружения вертикального профиля и их элементы

5.1.2 Нагрузки от разбивающихся и прибойных волн на сооружения вертикального профиля

5.1.3 Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля

5.2 Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

5.2.1 Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду

5.2.2 Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду

5.2.3 Нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную обтекаемую преграду

5.2.4 Нагрузки от волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов

5.2.5 Нагрузки от волн на вертикальные цилиндры больших диаметров (особые случаи)

5.3 Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения и от судовых волн на крепления берегов каналов

5.3.1 Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения

5.3.2 Нагрузки от судовых волн на крепления берегов каналов

5.4 Нагрузки на плавучие объекты и от плавучих объектов (судов) на гидротехнические сооружения

5.4.1 Нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты

5.4.2 Нагрузки от навала пришвартованного судна на сооружение

5.4.3 Нагрузки от навала судна при подходе к сооружению

5.4.4 Нагрузки на сооружения от натяжения швартовов

5.5 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения

5.5.1 Основные положения

5.5.2 Нагрузки от ледяных полей на сооружения

5.5.3 Нагрузки на сооружения от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении

5.5.4 Нагрузки на сооружения от заторных и зажорных масс льда

5.5.5 Нагрузки от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды

6 Плотины из грунтовых материалов

6.1 Общие положения

6.2 Земляные насыпные плотины

6.3 Земляные намывные плотины

6.4 Каменно-земляные плотины

6.5 Перечень обязательных расчетов плотин

7 Бетонные и железобетонные плотины

7.1 Общие положения

7.2 Конструкции гравитационных бетонных и железобетонных плотин на нескальных основаниях

7.3 Подземный контур бетонных и железобетонных плотин

7.4 Водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения

7.5 Нагрузки и воздействия на плотины и их сочетания

7.6 Перечень обязательных расчетов плотин

8 Подпорные стены

9 Каналы

10 Берегоукрепительные, защитные, регуляционные и оградительные сооружения

11 Водохранилища

Приложение А Постоянные гидротехнические сооружения

Приложение Б Состав основных технических и программных средств системы мониторинга гидротехнических сооружений

Приложение В Классы гидротехнических сооружений

Приложение Г Перечень нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения

Приложение Д Значения коэффициента надежности по нагрузке n_f при расчетах по предельным состояниям первой группы

Приложение Е Определение параметров ветровых волн

Приложение Ж Контроль за состоянием сооружений и оснований

Приложение К Размеры прямоугольных отверстий водопропускных сооружений, перекрываемых затворами

Библиография

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

ГІДРАТЭХНІЧНЫЯ ЗБУДАВАННI АГУЛЬНАГА ПРЫЗНАЧЭННЯ

Hydrotechnical structures of general purpose

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Дата введения через 60 календарных дней

после официального опубликования

1 Область применения

Настоящие строительные нормы устанавливают требования к проектированию гидротехнических сооружений общего назначения.

2 Нормативные ссылки

В настоящих строительных нормах использованы ссылки на следующие документы:

СН 2.01.05-2019 Воздействия на конструкции. Общие воздействия. Ветровые воздействия

СН 3.03.01-2019 Мосты и трубы

СН 3.04.02-2020 Гидротехнические сооружения специального назначения

СП 2.03.01-2020 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов

ТКП 45-3.04-8-2005 (02250) Мелиоративные системы и сооружения. Нормы проектирования

ТКП 45-3.04-168-2009 (02250) Расчетные гидрологические характеристики. Порядок определения

ТКП 45-2.03-224-2010 (02250) Инженерная защита территории от затопления и подтопления. Строительные нормы проектирования

ТКП 45-3.04-270-2012 (02250) Гидротехнические сооружения речные. Правила устройства

ТКП 45-1.02-295-2014 (02250) Строительство. Проектная документация. Состав и содержание

СТБ 943-2007 Грунты. Классификация

СТБ 1300-2014 Технические средства организации дорожного движения. Правила применения

ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.

3 Термины и определения и обозначения

3.1 Термины и определения

В настоящих строительных нормах применяют термины, установленные в ГОСТ 19185, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 бегущая волна: Волна, видимая форма которой перемещается в пространстве.

3.1.2 безопасность гидротехнического сооружения: Способность гидротехнического сооружения обеспечивать защиту окружающей среды и хозяйственных объектов, а также жизни, здоровья и законных интересов людей.

3.1.3 береговой устой: Конструктивный элемент, сопрягающий водосбросную плотину с плотиной из грунтовых материалов или берегами.

3.1.4 берма: Горизонтальная площадка на откосе плотины.

3.1.5 буна: Сооружение, одним концом примыкающее к берегу или продольной дамбе, а другим выходящее в русло нормально или под углом к оси потока.

3.1.6 бык: Обтекаемая потоком опорная конструкция затворов, мостов, разделяющая общий водосбросный фронт на отдельные водосбросные отверстия.

3.1.7 верховая (напорная) грань плотины: Поверхность плотины со стороны верхнего бьефа.

3.1.8 вершина волны: Наивысшая точка гребня волны.

3.1.9 ветровая волна: Волна, вызванная ветром, в формировании которой основную роль играет сила тяжести.

3.1.10 водобой: Крепление дна русла, расположенное в нижнем бьефе непосредственно за водопропускным сооружением, гасящее основную часть избыточной кинетической энергии потока, сбрасываемого через водосброс, и воспринимающее его динамическое воздействие.

3.1.11 волновое давление: Составляющая гидродинамического давления, обусловленная волнением на свободной поверхности воды.

3.1.12 высота волны: Превышение вершины волны над соседней подошвой волны на волновом профиле.

3.1.13 гидротехническое сооружение: Сооружение, подвергающееся воздействию водной среды, предназначенное для использования и охраны водных ресурсов, предотвращения вредного воздействия вод, в том числе загрязненных жидкими отходами.

Примечание – К гидротехническим сооружениям относятся: плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросы, водоспуски, водовыпуски, водозаборные сооружения, рыбозаградительные и рыбопропускные сооружения, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, регуляционные сооружения, ограждающие и защитные дамбы и др.

3.1.14 гидротехническое сооружение общего назначения: Гидротехническое сооружение, используемое для водохозяйственных систем, предназначенных для нескольких видов хозяйственной деятельности.

3.1.15 глубинный (донный) водосброс: Водопропускное отверстие в теле бетонной или железобетонной плотины, расположенное у дна водоема ниже уровня воды в верхнем бьефе.

3.1.16 гребень волны: Часть волны, расположенная выше средней волновой линии.

3.1.17 деформационный шов: Элемент бетонной или железобетонной плотины, разделяющий ее на отдельные секции и обеспечивающий, при сохранении водонепроницаемости, свободу деформаций отдельных секций при их неравномерной осадке за счет различной степени деформации и уплотнения грунта основания, изменений температуры, усадки бетона в период отвердения или при изменении внешних нагрузок.

3.1.18 диафрагма плотины: Противофильтрационное устройство, расположенное внутри тела плотины, устраиваемое из негрунтовых материалов, таких как бетон, асфальтобетон, металл и другие материалы.

3.1.19 дифрагированная волна: Волна, возникшая в результате дифракции падающей волны на неоднородности среды.

3.1.20 длина волны: Горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле.

3.1.21 допустимый уровень риска аварии гидротехнического сооружения: Предельное значение уровня риска аварии гидротехнического сооружения, установленное техническими нормативными правовыми актами.

3.1.22 дренаж тела плотины: Система вертикальных или горизонтальных дрен, выходящих в смотровые галереи и предназначенных для сбора и отвода воды, профильтровавшейся через строительные швы и бетон.

3.1.23 дренажное устройство: Элемент плотины из грунтовых и каменных материалов, предназначенный для дренирования фильтрационного потока, экономически обоснованного снижения депрессионной поверхности для повышения устойчивости низового откоса плотины, а также ускорения процесса консолидации глинистых грунтов тела плотины и основания и уменьшения порового давления.

3.1.24 дренирование: Организованный сбор и отвод в нижний бьеф фильтрационного потока с целью предотвращения выхода его на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, для предотвращения суффозии грунтов и обеспечения заданного уровенного режима подземных вод.

3.1.25 затвор: Подвижная водонепроницаемая конструкция, предназначенная для полного или частичного закрытия (открытия) водопропускных отверстий с целью регулирования расхода воды.

3.1.26 земляная намывная плотина: Плотина, более чем на 50 % (по объему) состоящая из глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов, возводимая методом гидромеханизации.

3.1.27 земляная насыпная плотина: Плотина, более чем на 50 % (по объему) состоящая из глинистых или песчано-гравелистых грунтов, возводимая методом послойной отсыпки насухо с механическим уплотнением грунта.

3.1.28 зуб плотины: Элемент подошвы плотины в виде выступа, заглубленного в грунт основания.

3.1.29 каменно-земляная плотина: Плотина, более чем на 50 % (по объему) состоящая из гравийно-галечниковых грунтов или горной массы скального или полускального грунта.

3.1.30 коэффициент порового давления: Коэффициент, определяемый отношением максимального порового давления к полному давлению на грунт.

3.1.31 ложбина волны: Часть волны, расположенная ниже средней волновой линии.

3.1.32 луч волны: Линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке.

3.1.33 напорная дамба: Гидротехническое сооружение в виде качественной насыпи, аналогичное по конструкции земляной плотине, предназначенное для защиты территории от затопления.

3.1.34 нерегулярная волна: Волна, элементы которой изменяются случайным образом.

3.1.35 низовая грань плотины: Поверхность плотины со стороны нижнего бьефа.

3.1.36 обеспечение безопасности гидротехнического сооружения: Разработка и осуществление мер по предупреждению аварий гидротехнического сооружения.

3.1.37 обратный фильтр: Элемент дренажного устройства, устраиваемый из одного или нескольких слоев несвязных грунтов, уложенных в порядке возрастания крупности частиц по направлению движения фильтрационного потока, и предназначенный для предотвращения фильтрационных деформаций (суффозии, контактного выпора и др.) грунта тела плотины и основания.

3.1.38 откос плотины: Боковая поверхность плотины, наклонная к горизонту.

3.1.39 переходный слой: Элемент каменно-земляных плотин, устраиваемый на контакте грунтовых противофильтрационных устройств и крупнообломочного материала тела плотины и предназначенный для предотвращения фильтрационных деформаций грунта противофильтрационных устройств.

3.1.40 период волны: Интервал времени между прохождением вершин двух смежных волн через фиксированную вертикаль.

3.1.41 плотина: Водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды, создания сосредоточенного напора и водохранилища.

3.1.42 поверхностный водосброс: Водопропускное отверстие, ограниченное боковыми поверхностями двух соседних быков и гребнем (порогом) плотины.

3.1.43 подошва волны: Самая низкая точка ложбины волны.

3.1.44 подошва сооружения: Поверхность примыкания сооружения к основанию.

3.1.45 подпорная стена: Подпорное сооружение, входящее в состав напорного фронта гидроузла, причальных сооружений и набережных.

3.1.46 понур плотины (понур): Горизонтальное противофильтрационное устройство в подземном контуре в виде водонепроницаемого или маловодопроницаемого покрытия дна русла, примыкающее к плотине, экрану или ядру плотины, предназначенное для удлинения пути фильтрационного потока под плотиной в грунте основания.

3.1.47 поровое давление: Избыточное давление воды в порах грунта в процессе его консолидации под нагрузкой.

3.1.48 предохранительный ковш: Концевой участок рисбермы, предотвращающий ее подмыв водным потоком.

3.1.49 противофильтрационное устройство: Элемент плотины из грунтовых и негрунтовых материалов, предназначенный для уменьшения фильтрации воды через тело плотины, предотвращения опасных фильтрационных деформаций грунта тела плотины и основания и повышения устойчивости низового откоса земляной плотины.

Примечание – К противофильтрационным устройствам относятся: призмы, экраны, диафрагмы, ядра, понуры, шпунты, буробетонные сваи, стенки, зубья, завесы и др.

3.1.50 профиль волны (главный): Линия пересечения взволнованной поверхности с вертикальной плоскостью в направлении луча волны.

Примечание – Профиль и основные элементы волны показаны на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Профиль и основные элементы волны

3.1.51 пульпа: Смесь грунта с водой, образующаяся при разработке карьеров гидромониторами или земснарядами, используемая для возведения земляных намывных плотин.

3.1.52 разгон волны: Протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по направлению ветра до расчетной точки.

3.1.53 расчетная скорость ветра: Скорость ветра на высоте 10 м над расчетным уровнем воды.

3.1.54 расчетный уровень воды: Уровень воды, назначаемый с учетом сезонных и годовых колебаний уровней и ветрового нагона воды.

3.1.55 расчетный шторм: Шторм, наблюдающийся 1 раз в течение заданного ряда лет (25, 50 и 100) с такой скоростью, направлением, разгоном и продолжительностью действия ветра, при которых в расчетной точке формируются волны с максимальными за этот ряд лет элементами.

3.1.56 регулярная волна: Волна, высота и период которой остаются неизменными во времени.

3.1.57 рисберма: Расположенный за водобоем укрепленный участок нижнего бьефа, предназначенный для гашения остаточной кинетической энергии потока и защиты водобоя от подмыва.

3.1.58 система волн: Ряд волн, имеющих одно происхождение.

3.1.59 скорость волны: Скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения.

3.1.60 смотровая галерея: Полость, устраиваемая в теле бетонных и железобетонных плотин, предназначенная для контроля за состоянием бетона плотины, сбора и отвода профильтровавшейся воды, а также размещения контрольно-измерительной аппаратуры.

Примечание – В технических нормативных правовых актах также применяется синоним «потерна».

3.1.61 средняя волновая линия: Линия, пересекающая диаграмму волновых колебаний так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы.

Примечание – Для регулярной волны – горизонтальная линия, проведенная на уровне полусуммы отметок ее вершины и подошвы.

3.1.62 стоячая волна: Волна, видимая форма которой в пространстве не перемещается.

3.1.63 уплотнение деформационного шва: Элемент деформационного шва, обеспечивающий его водонепроницаемость.

3.1.64 фронт волны: Линия на плане взволнованной водной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны.

3.1.65 чрезвычайная ситуация: Обстановка, сложившаяся на определенной территории в результате промышленной аварии, иной опасной ситуации техногенного характера, катастрофы, опасного природного явления, стихийного или иного бедствия, которые повлекли или могут повлечь за собой человеческие жертвы, причинение вреда здоровью людей или окружающей среде, значительный материальный ущерб и нарушение условий жизнедеятельности людей.

3.1.66 шпунтовый ряд: Конструктивный элемент подземного контура плотины в виде вертикальной сплошной стенки, образованный забитыми в грунт основания шпунтовыми сваями.

3.1.67 экран плотины: Противофильтрационное устройство, расположенное со стороны верхового откоса плотины, устраиваемое из маловодопроницаемых (глинистых) грунтов или негрунтовых материалов (бетона, асфальтобетона, полимерных пленок и др.).

3.1.68 эксплуатирующая организация: Предприятие, на балансе которого находится гидротехническое сооружение.

3.1.69 ядро плотины: Противофильтрационное устройство, расположенное внутри тела плотины, устраиваемое из маловодопроницаемых (глинистых) грунтов.

3.2 Обозначения

c – скорость волны;

d – условная расчетная глубина воды (глубина воды при расчетном уровне воды);

d_cr – критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн;

d_cr,u – глубина воды, при которой происходит последнее обрушение волн;

g – ускорение свободного падения;

h – высота волны;

 – соответственно средние высота, длина и период волны;

h_i, l_i, T_i – соответственно высота, длина и период волны i-процентной обеспеченности в системе волн;

 – крутизна волны;

i – уклон дна;

k – волновое число;

P – линейная нагрузка (линейная распределенная нагрузка на единицу длины сооружения, преграды);

p – волновое давление;

Q – сила от воздействия волн на сооружение, преграду;

T – период волны;

v – скорость ветра;

h_с – превышение вершины волны над расчетным уровнем воды;

h_t – понижение подошвы волны от расчетного уровня воды;

l – длина волны;

 – пологость волны;

r – плотность воды;

j – угол наклона откоса (или дна) к горизонту;

w – круговая частота волны.

4 Общие положения

4.1 Общие требования к гидротехническим сооружениям

4.1.1 Гидротехнические сооружения подразделяют на постоянные и временные.

К временным относятся сооружения, используемые только в период строительства, реконструкции и ремонта постоянных сооружений.

4.1.2 Постоянные гидротехнические сооружения в зависимости от назначения подразделяют, в соответствии с приложением А, на основные и второстепенные.

К основным гидротехническим сооружениям относятся сооружения, повреждение или разрушение которых приводит к нарушению или прекращению нормальной работы электростанций, прекращению или уменьшению подачи воды для водоснабжения и орошения, затоплению или подтоплению защищаемой территории, прекращению или сокращению судоходства, загрязнению почв и водных объектов жидкими отходами промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

К второстепенным гидротехническим сооружениям относятся сооружения, разрушение или повреждение которых не влечет за собой указанных последствий.

4.1.3 Порядок разработки, согласования, утверждения и состав проектной документации на строительство гидротехнических сооружений должны соответствовать требованиям ТКП 45-1.02-295.

4.1.4 Проектирование гидротехнических сооружений следует осуществлять на базе данных инженерных изысканий. Для обоснования технических решений, принимаемых при проектировании гидротехнических сооружений I и II класса, необходимо проводить научно-исследовательские работы, в том числе экспериментальные и опытно-конструкторские.

Для сооружений III и IV класса такие работы необходимо обосновывать.

4.1.5 Расчетные гидрологические характеристики следует определять в соответствии с ТКП 45-3.04-168.

4.1.6 При конструировании сооружений следует предусматривать мероприятия по защите стен от коррозии, навала и истирающего воздействия судов, льда и др.

4.1.7 При проектировании гидротехнических сооружений следует соблюдать требования технических нормативных правовых актов (далее – ТНПА) на отдельные виды этих сооружений.

4.1.8 Гидротехнические сооружения следует проектировать исходя из требований комплексного использования водных и земельных ресурсов бассейнов рек, а также [1], [2], схем комплексного использования водных и земельных ресурсов бассейнов рек и других материалов, обязательных для использования.

4.1.9 Тип сооружений, их параметры и компоновку следует выбирать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов и с учетом:

– функционального назначения сооружений;

– места возведения сооружений, природных условий (топографических, гидрологических, климатических, инженерно-геологических, гидрогеологических, биологических и др.) района;

– условий и методов производства работ, наличия трудовых ресурсов;

– развития и размещения отраслей хозяйства, изменения и развития транспортных потоков и роста грузооборота, развития объектов орошения и осушения, водоснабжения, судостроения и судоремонта;

– водохозяйственного прогноза изменения гидрологического, в том числе ледового и термического, режима рек в верхнем и нижнем бьефах; заиления наносами и переформирования русла и берегов рек, водохранилищ; затопления и подтопления территорий и инженерной защиты расположенных на них зданий и сооружений;

– воздействия на окружающую среду;

– влияния строительства и эксплуатации объекта на социальные условия и здоровье населения;

– изменения условий и задач судоходства, лесосплава, рыбного хозяйства, водоснабжения и порядка работы мелиоративных систем;

– установленного порядка осуществления хозяйственной и иной деятельности на природных территориях, подлежащих специальной охране, а также на особо охраняемых природных территориях;

– условий быта и отдыха населения;

– условий постоянной и временной эксплуатации сооружений;

– требований экономного расхода основных строительных материалов;

– возможности разработки полезных ископаемых, местных строительных материалов и т. п.;

– обеспечения эстетических и архитектурных требований к сооружениям, расположенным на берегах водотоков и водоемов.

4.1.10 При проектировании гидротехнических сооружений следует обеспечивать и предусматривать:

– надежность сооружений на всех стадиях строительства и эксплуатации;

– максимальную экономическую эффективность строительства;

– постоянный инструментальный и визуальный контроль за состоянием гидротехнического сооружения и грунтов в основании, а также природными и техногенными воздействиями на них;

– подготовку ложа водохранилища и хранилищ жидких отходов промышленных предприятий и прилегающей территории;

– защиту месторождений полезных ископаемых;

– необходимые условия судоходства;

– сохранность животного и растительного мира, в частности организацию рыбоохранных мероприятий путем устройства рыбозащитных сооружений;

– минимально необходимый расход воды, благоприятные уровенный и скоростной режимы в бьефах с учетом интересов водопользователей, а также благоприятный режим уровня грунтовых вод для освоенных земель и природных экосистем;

– инженерную защиту сельскохозяйственных земель или компенсацию землепользователям при их изъятии.

4.1.11 Ремонт постоянных гидротехнических сооружений следует производить для поддержания или полного восстановления их основных технических параметров и увеличения срока службы.

4.1.12 Техническое состояние реконструируемых гидротехнических сооружений и их элементов следует определять специальными исследованиями и расчетами на основе фактических характеристик строительных материалов, принятых в проектной документации на реконструкцию сооружений и грунтов оснований.

4.1.13 При разработке проектной документации на реконструкцию мелиоративных систем следует руководствоваться требованиями ТКП 45-3.04-8.

4.1.14 При проектировании на судоходных реках каскада гидроузлов, включающих шлюзы, следует обеспечивать глубины судового хода, установленные для данного водного пути, на всем его протяжении в течение всего расчетного срока навигации.

4.2 Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений

4.2.1 При проектировании гидротехнических сооружений на опасных производственных объектах следует руководствоваться [3] и [4].

4.2.2 В составе проектной документации речных водоподпорных гидротехнических сооружений I и II класса и, как правило, III и IV класса следует предусматривать состав и порядок натурных наблюдений за их работой и состоянием как в процессе строительства, так и при эксплуатации для своевременного выявления дефектов и неблагоприятных процессов, назначения ремонтных мероприятий, предотвращения отказов и аварий, улучшения режимов эксплуатации и оценки уровня безопасности и риска аварий.

Состав и порядок натурных наблюдений должен включать:

– перечень контролируемых нагрузок и воздействий на сооружение;

– перечень контролируемых и диагностических показателей состояния сооружения и его основания, включая критерии безопасности;

– программу и состав инструментальных и визуальных наблюдений;

– технические условия и чертежи на установку контрольно-измерительной аппаратуры (далее – КИА), спецификацию измерительных приборов и устройств;

– структурную схему и технические решения системы мониторинга состояния сооружений, природных и техногенных воздействий на них, включая состав ее основных технических и программных средств в соответствии с таблицей Б.1 (приложение Б);

– инструкции и методические рекомендации (в виде отдельных документов) по проведению натурных наблюдений за работой и состоянием сооружений.

4.2.3 В составе проектной документации гидротехнических сооружений должны быть разработаны критерии их безопасности.

Перед вводом в эксплуатацию и в процессе эксплуатации гидротехнических сооружений критерии безопасности должны уточняться на основе результатов натурных наблюдений за состоянием сооружений, нагрузок и воздействий, а также изменений характеристик материалов, конструктивных решений.

4.2.4 При проектировании гидротехнических сооружений, повреждение которых может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, для локализации и ликвидации возможных аварий необходимо предусматривать технические решения по использованию в строительный и эксплуатационный периоды карьеров и резервов грунтов; производственных объектов, транспорта и оборудования; мостов и подъездных путей в районе и на территории объекта; автономных или резервных источников электроэнергии и линий электропередачи и других противоаварийных средств оперативного действия.

4.2.5 В составе проектной документации гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены конструктивно-технологические решения по предотвращению развития возможных опасных повреждений и аварийных ситуаций, которые могут возникнуть в период строительства и эксплуатации.

4.2.6 При проектировании речных водоподпорных гидротехнических сооружений следует выполнять расчеты волны прорыва с целью оценки возможного ущерба от потенциальной аварии сооружения с нарушением напорного фронта. Также следует предусматривать мероприятия, направленные на недопущение ухудшения экологического состояния окружающей среды.

4.2.7 В составе проектной документации речных водоподпорных гидротехнических сооружений следует предусматривать локальные системы оповещения персонала и населения, проживающего в долине реки в нижнем бьефе гидротехнического сооружения, об угрозе прорыва напорного фронта.

4.3 Охрана окружающей среды

4.3.1 При разработке проектной документации гидротехнических сооружений следует руководствоваться законодательством об охране окружающей среды.

4.3.2 Мероприятия по охране окружающей среды следует разрабатывать в комплексе с прогнозом ее изменения в связи с созданием гидротехнических сооружений.

4.3.3 При проектировании гидротехнических сооружений необходимо предусматривать технические решения, обеспечивающие оптимальное взаимодействие их с природным комплексом и предотвращающие недопустимые последствия этого взаимодействия.

Должны быть разработаны биотехнические мероприятия по сохранению редких видов растений, рыб, животных, птиц на участках непосредственного влияния основных сооружений, водохранилищ, нижних бьефов, каналов и т. п. При этом следует рассматривать условия строительства сооружений и условия их эксплуатации.

В проектной документации гидротехнических сооружений также следует рассматривать влияние сопутствующих хозяйственной деятельности и инфраструктуры на окружающую среду и предусматривать мероприятия по нейтрализации воздействия отрицательных факторов.

4.3.4 Решение природоохранных вопросов необходимо начинать на начальных стадиях проектирования объекта и выбора типа сооружений и учитывать при рассмотрении остальных технических вопросов. Разработка мероприятий по охране окружающей среды должна включать: изучение исходного состояния окружающей среды и составление прогноза ее изменения; установление допустимого уровня антропогенного воздействия; определение мер защиты и способов контроля за состоянием каждого компонента природной среды; возможные дополнительные мероприятия по сохранению и улучшению экологического состояния в процессе эксплуатации сооружений.

4.3.5 В проектной документации водоподпорных гидротехнических сооружений необходимо предусматривать мероприятия:

– по ликвидации потенциальных и возможных источников загрязнения вод, опасных для здоровья человека, животного и растительного мира;

– по устранению отрицательных воздействий на качество воды затопленной и нависающей древесной растительности, торфяных островов и др.;

– по извлечению и утилизации плавающей древесной массы и сора;

– по локализации возможных очагов загрязнения и снижению концентрации вредных примесей;

– по снижению концентрации загрязняющих веществ в водотоках, впадающих в водохранилище;

– по очистке профильтровавшейся воды из хранилищ жидких отходов.

4.3.6 При проектировании гидротехнических сооружений необходимо учитывать изменения природных условий, которые могут привести к развитию и активизации следующих негативных физико-геологических процессов:

– подтопления и затопления территорий, оценку которых необходимо выполнять, руководствуясь требованиями ТКП 45-2.03-224;

– переработки берегов и заиления водохранилищ;

– химической суффозии растворимых пород карбонатного карста, вымыва из грунтов основания и накопления в них потенциально вредных химических и радиоактивных веществ;

– механической суффозии песчаных грунтов, суффозионного карста;

– оползневых явлений, оценку которых целесообразно выполнять с учетом положений СП 2.03.01;

– всплытия торфов, их воздействия на химический состав воды в водохранилище, на гидрохимический режим грунтовых вод и подруслового потока в нижнем бьефе;

– просадочных деформаций оснований, сложенных лессовыми грунтами;

– сосредоточенных путей фильтрации после оттаивания ледяных прослоек, образовавшихся при морозном пучении.

4.3.7 В проектной документации гидротехнических сооружений I и II класса, существенным образом влияющих на окружающую среду в процессе эксплуатации, должен быть предусмотрен мониторинг водной и наземной экосистем, обеспечивающий оценку изменений в них под воздействием гидротехнических сооружений, действенности принятых мероприятий по охране окружающей среды, проверку, уточнение, корректировку оценок и прогнозов с начала строительства объекта и до стадии условной стабилизации процессов изменений в природном комплексе под воздействием гидротехнических сооружений.

4.4 Назначение класса гидротехнических сооружений

4.4.1 Гидротехнические сооружения в зависимости от их высоты, типа грунтов основания и последствий возможных аварий подразделяют на классы.

Класс гидротехнического сооружения следует назначать в соответствии с приложением В.

Заказчик проектной документации гидротехнического сооружения вправе своим решением повысить класс сооружения по сравнению с указанным в приложении В.

4.4.2 Класс основных гидротехнических сооружений (кроме оговоренных в 4.4.6, 4.4.8) следует принимать более высоким из определенных по таблицам В.1–В.3 (приложение В).

Класс второстепенных гидротехнических сооружений следует принимать на единицу ниже класса основных сооружений данного гидроузла, но не выше III класса.

Временные сооружения следует относить к IV классу. В случае если разрушение этих сооружений может привести к последствиям катастрофического характера или значительной задержке возведения основных сооружений I и II класса, эти сооружения следует относить к III классу при соответствующем обосновании.

4.4.3 Класс основных гидротехнических сооружений комплексного гидроузла, обеспечивающего одновременно потребности нескольких участников водохозяйственного комплекса (энергетики, транспорта, мелиорации, водоснабжения, борьбы с наводнениями и пр.), следует устанавливать по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

При совмещении в одном сооружении двух или нескольких функций различного назначения (например, причальных с оградительными) класс следует устанавливать по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

Класс основных сооружений, входящих в состав напорного фронта, следует устанавливать по сооружению, отнесенному к более высокому классу.

4.4.4 Если разрушение основного сооружения может вызвать последствия катастрофического характера для городов, крупных промышленных предприятий, гидроузлов, класс сооружения, определенный по таблице В.1 (приложение В), следует повышать на единицу при соответствующем обосновании.

4.4.5 Класс основных гидротехнических сооружений гидроэлектростанций (далее – ГЭС) или тепловых электрических станций (далее – ТЭС) установленной мощностью менее 1 ГВт, определяемый по таблице В.2 (приложение В), следует повышать на единицу в случае, если данные электростанции изолированы от энергетических систем и обслуживают крупные населенные пункты, промышленные предприятия, транспорт и других потребителей или если обеспечивают теплом, горячей водой и паром крупные населенные пункты и промышленные предприятия.

4.4.6 Плотины специальной конструкции (фильтрующие, с надувными и наливными затворами, затопляемые и безнапорные дамбы) высотой до 15 м следует относить к сооружениям IV класса.

4.4.7 При пересечении одного гидротехнического сооружения с другими сооружениями более высокого класса повышение класса проектируемого гидротехнического сооружения должно быть обосновано.

4.4.8 Берегоукрепительные сооружения (набережные, подпорные стенки) следует относить к III классу. В случаях когда авария берегоукрепительного сооружения может привести к последствиям катастрофического характера (вследствие оползня, подмыва и пр.), класс сооружения следует повышать на единицу.

4.5 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения

4.5.1 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения подразделяют на постоянные, временные (длительные, кратковременные) и особые.

Перечень нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения приведен в приложении Г.

Перечень нагрузок и воздействий и их сочетаний, подлежащих учету при расчетах отдельных видов гидротехнических сооружений, следует принимать согласно разделу 5 и ТНПА.

4.5.2 Гидротехнические сооружения следует рассчитывать на основные и особые сочетания нагрузок и воздействий.

Основные сочетания включают постоянные, временные (длительные и кратковременные) нагрузки и воздействия.

Особые сочетания включают постоянные, временные (длительные и кратковременные) и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий.

Нагрузки и воздействия необходимо принимать в наиболее неблагоприятных, но реальных для рассматриваемого расчетного случая сочетаниях отдельно для строительного и эксплуатационного периодов и расчетного ремонтного случая.

4.5.3 При проектировании речных гидроузлов нагрузки от давления воды на сооружения и основания и силовое воздействие фильтрующейся воды следует определять для двух расчетных случаев расхода воды – основного и поверочного – согласно 4.7.1.

Указанные нагрузки, соответствующие пропуску расхода воды основного расчетного случая, определяют, как правило, при нормальном подпорном уровне (далее – НПУ) воды в верхнем бьефе. Их следует учитывать в составе основного сочетания нагрузок и воздействий.

Для гидроузлов, через которые пропуск расхода воды основного расчетного случая осуществляется при уровнях верхнего бьефа, превышающих НПУ, соответствующие им нагрузки и воздействия также следует учитывать в составе основного сочетания нагрузок и воздействий.

Нагрузки от давления воды на сооружения и основания и силовое воздействие фильтрующейся воды, соответствующие пропуску расхода воды поверочного расчетного случая, следует определять при форсированном подпорном уровне (далее – ФПУ) воды в верхнем бьефе и учитывать в составе особого сочетания нагрузок и воздействий.

В проектной документации на гидротехнические сооружения речных гидроузлов должны быть приведены сведения о допустимых повреждениях при пропуске максимального расхода воды основного и поверочного расчетных случаев.

В строительный период следует учитывать возможность повышения уровня воды относительно расчетного из-за возникновения заторных и зажорных явлений.

4.5.4 Для гидротехнических сооружений, предназначенных для борьбы с наводнениями, нагрузки и воздействия, соответствующие уровням, превышающим расчетные, следует учитывать в составе особого сочетания нагрузок и воздействий.

4.6 Обоснование надежности и безопасности гидротехнических сооружений

4.6.1 Для обоснования надежности и безопасности гидротехнических сооружений следует выполнять расчеты гидравлического, фильтрационного и температурного режимов, а также напряженно-деформированного состояния системы «сооружение – основание» на основе применения современных, главным образом численных, методов механики сплошной среды с учетом фактических свойств материалов и грунтов оснований.

4.6.2 Обеспечение надежности системы «сооружение – основание» должно обосновываться результатами расчетов по методу предельных состояний их прочности (в том числе фильтрационной), устойчивости, деформаций и смещений.

Расчеты необходимо производить по двум группам предельных состояний:

– по первой группе (потеря несущей способности и (или) полная непригодность сооружений, их конструкций и оснований к эксплуатации) – расчеты общей прочности и устойчивости системы «сооружение – основание», общей фильтрационной прочности оснований и грунтовых сооружений, прочности отдельных элементов сооружений, разрушение которых приводит к прекращению эксплуатации сооружений; расчеты перемещений конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружений в целом и др.;

– по второй группе (возникновение состояний, затрудняющих эксплуатацию отдельных элементов и снижающих долговечность сооружения) – расчеты местной, в том числе фильтрационной, прочности оснований и сооружений, перемещений и деформаций, образования или раскрытия трещин и строительных швов; расчеты прочности отдельных элементов сооружений, не относящиеся к расчетам по предельным состояниям первой группы.

4.6.3 При расчетах гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований необходимо соблюдать следующее условие, обеспечивающее недопущение наступления предельных состояний:

где n_с – коэффициент сочетания нагрузок; принимают равным:

при расчетах по предельным состояниям первой группы:

1,00 – для основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации;

0,95 – для основного сочетания нагрузок и воздействий в период строительства и ремонта;

0,90 – для особого сочетания нагрузок и воздействий;

при расчетах по предельным состояниям второй группы – 1,0;

N_р – расчетное значение обобщенного силового воздействия (силы, момента, напряжения), деформации или другого параметра, по которому производят оценку предельного состояния; определяют с учетом коэффициента надежности по нагрузке n_f (4.6.4);

m – коэффициент условий работы, учитывающий тип сооружения, конструкции или основания, вид материала, приближенность расчетных схем, вид предельного состояния и другие факторы, устанавливаемые ТНПА на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований;

R – расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра (при расчетах по первой группе предельных состояний – расчетное значение; при расчетах по второй группе предельных состояний – нормативное значение); устанавливается нормами проектирования отдельных видов гидротехнических сооружений с учетом коэффициентов надежности по материалу K_м или грунту K_г;

K_н – коэффициент надежности по ответственности сооружения; принимают:

при расчетах по предельным состояниям первой группы для сооружений класса:

I – 1,25;

II – 1,20;

III – 1,15;

IV – 1,10;

при расчетах по предельным состояниям второй группы – 1,0.

При расчете устойчивости естественных склонов значение K_н следует принимать как для рядом расположенного проектируемого сооружения, а при расчетах по предельным состояниям второй группы K_н = 1,0.

4.6.4 Расчетное значение нагрузки следует определять умножением нормативного значения нагрузки на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке n_f.

Значения n_f при расчетах по предельным состояниям первой группы следует принимать в соответствии с приложением Д.

4.6.5 Значения коэффициентов надежности по материалу K_м и грунту K_г, применяемых для определения расчетных сопротивлений материалов и характеристик грунтов, при расчетах по предельным состояниям первой группы устанавливаются нормами на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований.

Коэффициенты K_м и K_г применяют в качестве сомножителя в расчетном значении R в числителе условия (4.1).

4.6.6 Расчеты гидротехнических сооружений, их конструкций и оснований по предельным состояниям второй группы следует производить с коэффициентом надежности по нагрузке n_f, а также коэффициентами надежности по материалу K_м и грунту K_г, равными 1,0, за исключением случаев, установленных ТНПА на проектирование отдельных видов гидротехнических сооружений, конструкций и оснований.

4.6.7 Гидротехнические сооружения, их конструкции и основания следует проектировать таким образом, чтобы условие (4.1) соблюдалось на всех этапах строительства и эксплуатации, в том числе и в конце назначенного срока службы.

Сроки службы основных гидротехнических сооружений в зависимости от класса должны быть не менее расчетных сроков службы, которые следует принимать равными для сооружений классов:

I и II – 100 лет;

III и IV – 50 лет.

Уменьшение назначенного срока службы отдельных конструкций и элементов сооружения, разрушение которых не влияет на сохранность напорного фронта гидроузла, необходимо обосновывать технико-экономическими расчетами. При этом проектной документацией должны быть предусмотрены технические решения, обеспечивающие восстановление разрушенных и ремонт поврежденных конструкций и элементов сооружения.

4.6.8 Расчеты конструкций и сооружений следует производить с учетом нелинейных и неупругих деформаций, влияния трещин и неоднородности материалов, изменения физико-механических характеристик строительных материалов и грунтов основания во времени, поэтапности возведения и нагружения сооружений.

4.6.9 Оценку надежности и безопасности гидротехнических сооружений осуществляют с использованием результатов расчета по предельным состояниям в соответствии с 4.6.1–4.6.8. Выбор предельных состояний и методов расчета гидротехнических сооружений осуществляют в соответствии с нормами проектирования отдельных видов сооружений и конструкций.

С целью более полного раскрытия неопределенностей по факторам, определяющим надежность и безопасность гидротехнических сооружений и конструкций, уточнения расчетных характеристик и расчетных схем, сочетаний нагрузок и воздействий, а также предельных состояний и оптимизации проектирования по методу предельных состояний следует применять вероятностный анализ для обоснования принимаемых технических решений системы «сооружение – основание».

Вероятностную оценку следует осуществлять с целью более полного раскрытия неопределенностей по факторам, определяющим надежность и безопасность сооружений и конструкций, уточнения расчетных характеристик, расчетных схем, сочетаний нагрузок и воздействий, а также предельных состояний.

Для водонапорных гидротехнических сооружений I–III класса расчетные значения вероятности возникновения аварий не должны превышать значения, приведенные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Допустимые значения вероятности возникновения аварий на водонапорных гидротехнических сооружениях I–III класса

4.6.10 Основные технические решения, определяющие надежность и безопасность гидротехнических сооружений I и II класса, наряду с расчетами, должны быть обоснованы научно-исследовательскими, в том числе экспериментальными, работами, результаты которых следует приводить в составе проектной документации.

4.7 Расчетные расходы и уровни воды

4.7.1 При проектировании постоянных гидротехнических сооружений расчетные максимальные расходы воды следует принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случаев (основного и поверочного) по таблице 4.2. При этом расчетные гидрологические характеристики следует определять по ТКП 45-3.04-168.

Таблица 4.2 – Вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды

В процентах

4.7.2 Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода воды, полученного в соответствии с 4.7.1, с учетом его трансформации, создаваемой для данного гидротехнического сооружения действующими водохранилищами или изменениями условий формирования речного стока, вызванными природными факторами и хозяйственной деятельностью в бассейне реки.

4.7.3 Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться при НПУ через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла при полном их открытии.

При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключить один пролет из расчета пропуска расчетного расхода. При пропуске расчетного расхода через оставшиеся пролеты плотины кратковременный подъем уровня воды в верхнем бьефе должен быть не выше отметки ФПУ.

Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов должен быть обоснован при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов ГЭС, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС.

Для средне- и низконапорных гидроузлов при снижении напора на агрегаты ниже допустимого по характеристикам турбин или данным завода-изготовителя пропускную способность турбин в расчетах пропуска максимального расхода воды не учитывают.

4.7.4 Пропуск поверочного расчетного расхода воды следует осуществлять при наивысшем технически и экономически обоснованном ФПУ всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, турбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы. При этом с учетом кратковременности прохождения пика паводка допускается:

– нарушение нормальной работы водозаборных сооружений, не приводящее к созданию аварийных ситуаций на объектах – потребителях воды;

– повреждение резервных водосбросов, не снижающее надежности основных сооружений;

– пропуск воды через водоводы замкнутого поперечного сечения при переменных режимах, не приводящий к разрушению водоводов;

– размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, при условии, что последствия размыва могут быть устранены после пропуска паводка.

Учет пропускной способности гидроагрегатов ГЭС в пропуске расхода поверочного расчетного случая осуществляют так же, как и в случае пропуска основного расчетного случая.

4.7.5 На реках с каскадным расположением гидроузлов расчетные максимальные расходы воды для проектируемого гидроузла следует принимать с учетом его класса, но не ниже значений, равных сумме расходов пропускной способности вышерасположенного гидроузла и расчетных максимальных расходов боковой приточности на участке между гидроузлами, определяемых для основного и поверочного случаев в соответствии с классом создаваемого гидроузла. В случае когда класс основных гидротехнических сооружений существующего гидроузла ниже класса создаваемого вышерасположенного гидроузла, эксплуатация которого должна быть увязана с существующим гидроузлом, пропускная способность существующего гидроузла должна быть приведена в соответствие с классом создаваемых сооружений и их расчетными сбросными расходами воды.

Независимо от класса сооружений гидроузлов, расположенных в каскаде, пропуск расхода воды основного расчетного случая не должен приводить к нарушению нормальной эксплуатации основных гидротехнических сооружений нижерасположенных гидроузлов.

Основные принципы назначения расчетных расходов воды при каскадном расположении гидроузлов приведены в таблице 4.3.

4.7.6 Для постоянных гидротехнических сооружений в период их временной эксплуатации в ходе строительства вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды следует принимать по таблице 4.4 в зависимости от класса сооружений пускового комплекса.

4.7.7 При проектировании временных гидротехнических сооружений расчетные максимальные расходы воды следует принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанавливаемой в зависимости от класса и срока эксплуатации сооружений для основного расчетного случая.

При этом ежегодную расчетную вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды следует принимать:

– для временных гидротехнических сооружений IV класса:

10 % – при сроках эксплуатации, лет до 10 включ.;

5 % – то же св. 10;

– для временных гидротехнических сооружений III класса:

10 % – при сроках эксплуатации, лет до 2 включ.;

5 % – то же св. 2.

Таблица 4.3 – Назначение расчетных максимальных расходов воды для проектируемых гидроузлов в каскаде

Таблица 4.4 – Вероятность превышения расчетных максимальных расходов воды для периода временной эксплуатации постоянных сооружений

5 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения

5.1 Нагрузки и воздействия волн на гидротехнические сооружения вертикального и откосного профиля

5.1.1 Нагрузки от стоячих волн на сооружения вертикального профиля и их элементы

5.1.1.1 Расчет сооружений на воздействие стоячих волн со стороны открытой акватории, как показано на рисунке 5.1, следует производить при глубине воды до дна d_b > 1,5h и глубине воды над бермой d_br > 1,25h; при этом в формулах для свободной волновой поверхности и волнового давления вместо глубины воды до дна d_b, м, необходимо применять условную расчетную глубину воды d, м, вычисляемую по формуле

где d_f – глубина воды над подошвой сооружения, м;

k_br – коэффициент; определяют по рисунку 5.2;

h – высота бегущей волны, м; определяют в соответствии с приложением Е.

Рисунок 5.1 – Эпюры давления стоячих волн на вертикальную стену со стороны открытой акватории:

а – при гребне волны;

б – при ложбине волны (с эпюрами взвешивающего волнового давления на берменные массивы)

Рисунок 5.2 – График значений коэффициента k_br

5.1.1.2 Возвышение или понижение свободной волновой поверхности h, м, у вертикальной стены, отсчитываемое от расчетного уровня воды, следует вычислять по формуле

где w – круговая частота волны, с^–1;

здесь  – средний период волны, с;

t – время, с;

k – волновое число; ,

здесь  – средняя длина волны, м.

При воздействии стоячей волны на вертикальную стену необходимо предусматривать три случая определения h по формуле (5.2) для следующих значений coswt:

а) coswt = 1 – при подходе к стене вершины волны, возвышающейся над расчетным уровнем воды на h_max;

б) 0 < coswt < 1 – при максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки Р_хс, кН/м, для гребня волны, возвышающегося над расчетным уровнем воды на h_c; в этом случае значение cos wt вычисляют по формуле

в) coswt = –1 – при максимальном значении горизонтальной линейной волновой нагрузки P_xt, кН/м, для подошвы волны, расположенной ниже расчетного уровня воды на h_t.

Примечание – При и во всех других случаях, когда по формуле (5.3) coswt > 1, необходимо в дальнейших расчетах принимать coswt = 1.

5.1.1.3 В глубоководной зоне горизонтальную линейную волновую нагрузку на вертикальную стену Р_х, кН/м, при гребне или ложбине стоячей волны (см. рисунок 5.1) следует принимать по эпюре волнового давления, при этом волновое давление р, кПа, на глубине z, м, вычисляют по формуле

где r – плотность воды, т/м³;

g – ускорение свободного падения; g = 9,81 м/с²;

z – ординаты точек (z₁ = h_c; z₂ = 0; ¼; z_n = d), м; отсчитывают от расчетного уровня воды.

Для гребня волны при z₁ = h_c и для ложбины при z₆ = 0 следует принимать p = 0.

5.1.1.4 В мелководной зоне горизонтальную линейную волновую нагрузку на вертикальную стену Р_х, кН/м, при гребне и ложбине стоячей волны (см. рисунок 5.1) следует принимать по эпюре волнового давления, при этом волновое давление p, кПа, на глубине z, м, определяют по таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Значения ординат эпюр давления стоячих волн на вертикальную стенку

5.1.1.5 Волновое давление p, кПа, на вертикальную стену с возвышением над расчетным уровнем верха сооружения z, м, на величину менее h_max, м, следует определять в соответствии с 5.1.1.3 и 5.1.1.4 с последующим умножением полученных значений давления на коэффициент k_c, вычисляемый по формуле

где знаки «+» и «–» соответствуют положению верха сооружения выше или ниже расчетного уровня воды.

Возвышение или понижение свободной волновой поверхности h, вычисленное в соответствии с формулой (5.2), следует также умножать на коэффициент k_c.

Горизонтальную линейную волновую нагрузку P_xc, кН/м, в рассматриваемом случае следует определять по площади эпюры волнового давления в пределах высоты вертикальной стены.

Рисунок 5.3 – Графики значений коэффициентов k₂ и k₃

Рисунок 5.4 – Графики значений коэффициентов k₄ и k₅

5.1.1.6 При подходе фронта волны к сооружению под углом a со стороны открытой акватории (в расчетах устойчивости сооружения и прочности грунтов основания) линейную волновую нагрузку на вертикальную стену, определенную в соответствии с 5.1.1.3 и 5.1.1.4, следует уменьшать путем умножения ее на коэффициент k_cs, определяемый по таблице 5.2.

Примечание – При перемещении фронта волны вдоль стены, т. е. для углов a, близких или равных 90°, волновую нагрузку на секцию сооружения следует определять в соответствии с 5.1.1.7.

Рисунок 5.5 – Графики значений коэффициентов k₈ и k₉

Таблица 5.2 – Значения коэффициента k_cs

5.1.1.7 Горизонтальную нагрузку от дифрагированных волн со стороны огражденной акватории следует определять при относительной длине секции сооружения < 0,8; при этом расчетную эпюру волнового давления со значениями p, кПа, следует строить по трем точкам, рассматривая следующие случаи:

а) вершина волны совмещена с серединой секции сооружения в соответствии с рисунком 5.6 а):

б) подошва волны совмещена с серединой секции сооружения в соответствии с рисунком 5.6 б):

где h_dif – высота дифрагированной волны, м; определяют в соответствии с приложением Е;

k_l – коэффициент; определяют по таблице 5.3.

Рисунок 5.6 – Эпюры давления дифрагированных волн на вертикальную стену со стороны огражденной акватории:

а – при гребне волны;

б – при ложбине волны

Таблица 5.3 – Значения коэффициента k_l

5.1.1.8 Взвешивающее волновое давление в горизонтальных швах массивовой кладки и по подошве сооружения следует принимать равным соответствующим значениям горизонтального волнового давления в крайних точках (см. рисунки 5.1 и 5.6) при линейном изменении его в пределах ширины сооружения.

5.1.1.9 Максимальную донную скорость v_b,max, м/с, перед вертикальной стеной (от действия стоячих волн) на расстоянии от передней грани стены следует вычислять по формуле

где k_sl – коэффициент; определяют по таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Значения коэффициента k_sl

Допустимые значения неразмывающих донных скоростей v_b,adm, м/с, для грунта крупностью фракций D, мм, следует принимать по рисунку 5.7; при v_b,max,ad > v_b,adm необходимо предусматривать защиту от размыва основания.

Рисунок 5.7 – График допустимых значений неразмывающих донных скоростей

5.1.1.10 Эпюру взвешивающего волнового давления на берменные массивы следует принимать трапецеидальной (см. рисунок 5.1 б)) с ординатами p_br,n (n – номера ординат 1–3), кПа, вычисляемыми по формуле

где k_br – коэффициент; определяют по таблице 5.5;

x_n – расстояние от стены до соответствующей грани массива, м.

Полученное значение должно быть не более волнового давления на уровне подошвы сооружения p_f.

Таблица 5.5 – Значения коэффициента k_br

5.1.2 Нагрузки от разбивающихся и прибойных волн на сооружения вертикального профиля

5.1.2.1 Расчет сооружений на воздействие разбивающихся волн со стороны открытой акватории следует производить при глубине воды над бермой и глубине воды до дна в соответствии с рисунком 5.8.

Рисунок 5.8 – Эпюры давления разбивающихся волн на вертикальную стену

5.1.2.2 Горизонтальную линейную нагрузку P_xc, кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры бокового волнового давления, при этом p, кПа, для значений ординат z, м, следует вычислять по формулам:

5.1.2.3 Вертикальную линейную нагрузку P_zc, кН/м, от разбивающихся волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления и вычислять по формуле

где m – коэффициент; определяют по таблице 5.6.

5.1.2.4 Максимальную скорость воды ν_f,max, м/с, над поверхностью бермы перед вертикальной стеной при разбивающихся волнах следует вычислять по формуле

Таблица 5.6 – Значения коэффициента m

5.1.2.5 Расчет сооружений на воздействие прибойных волн со стороны открытой акватории следует производить при глубине d_b < d_cr на примыкающем к стене участке дна протяженностью не менее , м, в соответствии с рисунком 5.9; при этом возвышение вершины максимальной прибойной волны h_c,sur, м, над расчетным уровнем воды следует вычислять по формуле

где h_sur – высота прибойной волны, м.

Критическую глубину воды d_cr, м, определяют по рисунку Е.5 и в соответствии с Е.6.2 и Е.6.3 (приложение Е).

Рисунок 5.9 – Эпюры давления прибойных волн на вертикальную стену:

а – с верхом постели на уровне дна;

б – с возвышающейся над дном постелью

5.1.2.6 Горизонтальную линейную нагрузку P_xc, кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры бокового волнового давления, при этом р, кПа, для значений ординат z, м, следует вычислять по формулам:

где  – средняя длина прибойной волны, м.

5.1.2.7 Вертикальную линейную нагрузку P_zc, кН/м, от прибойных волн следует принимать равной площади эпюры взвешивающего волнового давления (с высотой p₃) и вычислять по формуле

5.1.2.8 Максимальную донную скорость прибойной волны ν_b,max, м/с, перед вертикальной стеной со стороны открытой акватории следует вычислять по формуле

5.1.2.9 Определение нагрузок на вертикальную стену от воздействия разбивающихся и прибойных волн (см. рисунки 5.8 и 5.9) при соответствующем обосновании разрешается производить динамическими методами, учитывающими импульсы давления и инерционные силы.

5.1.3 Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля

5.1.3.1 Высоту наката h_н, м, на откос волн 1 %-ной обеспеченности по накату для фронтально подходящих волн при глубине перед сооружением d > 2h_1 % следует вычислять по формуле

где k_r и k_p – соответственно коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса; определяют по таблице 5.7;

k_sp – коэффициент; определяют по таблице 5.8;

k_run – коэффициент; определяют по рисунку 5.10 в зависимости от пологости волны на глубокой воде.

Таблица 5.7 – Значения коэффициента шероховатости k_r и коэффициента проницаемости k_p откоса

Таблица 5.8 – Значения коэффициента k_sp

Рисунок 5.10 – Графики значений коэффициента k_run

При глубине перед сооружением d < 2h_1 % коэффициент k_run следует принимать для значений пологости волны, указанных в скобках на рисунке 5.10 и определяемых при глубине d = 2h_1 %.

Высоту наката на откос волн i %-ной обеспеченности по накату следует определять умножением вычисленного по формуле (5.25) значения h_н на коэффициент k_i, определяемый по таблице 5.9.

Таблица 5.9 – Значения коэффициента k_i

При подходе фронта волны к сооружению под углом a, в градусах, со стороны открытой акватории высоту наката на откос волн следует уменьшать умножением на коэффициент ka, определяемый по таблице 5.10.

Таблица 5.10 – Значения коэффициента ka

5.1.3.2 Эпюру волнового давления на откос, укрепленный монолитными или сборными плитами, при 1,5 < ctgj < 5 следует принимать по эпюре, представленной на рисунке 5.11, при этом максимальное расчетное волновое давление p_d, кПа, следует вычислять по формуле

где k_s – коэффициент; вычисляют по формуле

k_f – коэффициент; определяют по таблице 5.11;

p_rel – максимальное относительное волновое давление на откос в точке 2 эпюры (рисунок 5.11); определяют по таблице 5.12.

Рисунок 5.11 – Эпюра максимального расчетного волнового давления на откос, укрепленный плитами

Таблица 5.11 – Значения коэффициента k_f

Таблица 5.12 – Значения максимального относительного волнового давления

Ординату z₂, м, точки 2 приложения максимального расчетного волнового давления p_d следует вычислять по формуле

где А и В – величины, м, вычисляемые по формулам:

Ординату z₃, м, соответствующую высоте наката волн на откос, следует определять в соответствии с 5.1.3.1 по формуле (5.25).

На участках крепления по откосу выше и ниже точки 2 (см. рисунок 5.11) следует принимать значения ординат эпюры волнового давления p, кПа:

p = 0,4p_d – на расстоянии l₁ = 0,0125Lj и l₃ = 0,0265Lj от точки 2, м;

p = 0,1p_d – на расстоянии l₂ = 0,0325Lj и l₄ = 0,0675Lj от точки 2, м.

Lj вычисляют по формуле

Ординаты эпюры волнового противодавления p_c, кПа, на плиты крепления откосов следует вычислять по формуле

где p_c,rel – относительное волновое противодавление; принимают по рисунку 5.12.

Рисунок 5.12 – Графики для определения относительного волнового противодавления

5.1.3.3 Нагрузку от волн на откос, укрепленный плитами, для сооружений I и II класса при высоте волн более 1,5 м обеспеченностью 1 % по накату в системе при соответствующем обосновании разрешается определять методами, в которых учитывается нерегулярность ветровых волн.

При наличии берм и переменных уклонов отдельных участков сооружений откосного профиля нагрузки от волн на крепления откосов необходимо определять по данным лабораторных исследований.

5.1.3.4 При проектировании сооружений откосного профиля и креплений откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобетонных блоков массу отдельного элемента М или М_z, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, следует вычислять по формулам:

– при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0,7h

– при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z > 0,7h

где k_fr – коэффициент; определяют по таблице 5.13; при > 15, а также при наличии бермы k_fr следует уточнять по опытным данным;

r_k – плотность камня, т/м³;

j – угол наклона откоса к горизонту, в градусах.

Таблица 5.13 – Значения коэффициента k_fr

5.1.3.5 При проектировании крепления откосов сооружений из несортированной каменной наброски необходимо, чтобы значение коэффициента k_gr находилось в границах заштрихованной зоны на графике, приведенном на рисунке 5.13.

Рисунок 5.13 – График для определения допустимых значений размеров камней несортированной каменной наброски для крепления откосов

Значение коэффициента k_gr следует вычислять по формуле

где M – масса камня, т; определяют по 5.1.3.4;

М_i – масса камня, которая больше или меньше расчетной, т;

D_ba,i и D_ba – диаметры фракций камня, см, приведенные к диаметру шара, имеющего массу соответственно М_i и М.

Размеры камней несортированной каменной наброски для крепления откосов, соответствующие заштрихованной зоне, как показано на рисунке 5.13, следует считать пригодными только для сооружений с откосами, пологость которых находится в пределах 3 < ctgj < 5, а высота расчетной волны составляет не более 3 м.

5.1.3.6 При пологости откосов, укрепляемых несортированной разнозернистой каменной наброской, ctgj > 5 расчетную массу камня М, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, следует вычислять по формуле (5.33); при > 10 полученный результат умножают на коэффициент kj, определяемый по таблице 5.14.

Таблица 5.14 – Значения коэффициента kj

Минимальное содержание фракций диаметром D_ba, соответствующим расчетной массе камня в несортированной разнозернистой наброске, следует принимать в соответствии с таблицей 5.15.

Таблица 5.15 – Минимальное содержание фракций диаметром D_ba

5.2 Нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения

5.2.1 Нагрузки от волн на вертикальную обтекаемую преграду

5.2.1.1 Максимальную силу от воздействия волн Q_max, кН, на вертикальную обтекаемую преграду с поперечными размерами a < 0,4l (по лучу волны) и b < 0,4l (по нормали к лучу волны), как показано на рисунке 5.14 а), при d > d_cr следует вычислять по формуле (5.36) из ряда значений, получаемых при различных значениях величины x (где x – расстояние между вершиной волны и преградой, см. рисунок 5.14).

где d_i и d_v – коэффициенты сочетания соответственно инерционного и скоростного компонентов максимальной силы от воздействия волн; определяют по рисунку 5.15, где (l – длина расчетной волны, м; определяют в соответствии с Е.4 (приложение Е));

Q_i,max и Q_v,max – соответственно инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия волн, кН; вычисляют по формулам:

здесь h – высота расчетной волны, м; определяют в соответствии с Е.4 (приложение Е);

k_v – коэффициент; определяют по таблице 5.16;

a_i – инерционный коэффициент глубины; определяют по рисунку 5.16 а);

a_v – скоростной коэффициент глубины; определяют по рисунку 5.16 б);

b_i и b_v – соответственно инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса или прямоугольника; определяют по рисунку 5.17.

Примечания

1 Расчет сквозных сооружений или отдельно стоящих обтекаемых преград на нагрузки от волн производят с учетом шероховатости их поверхности. При наличии опытных данных по снижению влияния коррозии и обрастаний коэффициенты формы определяют по формулам:

где C_i и C_v – уточненные опытные значения коэффициентов инерционного и скоростного сопротивлений соответственно.

2 При подходе волн под углом к обтекаемой преграде (с поперечным сечением в виде эллипса или прямоугольника) коэффициенты формы определяют интерполяцией их значений по главным осям.

3 Максимальную силу от воздействия волн Q_max, кН, на вертикальную обтекаемую преграду при принимают равной Q_i,max, а при Q_max = Q_v,max; в других случаях Q_max определяют из ряда значений, вычисленных по формуле (5.36) при различных k.

Рисунок 5.14 – Схемы к определению волновых нагрузок на обтекаемые преграды:

а – вертикальные;

б – горизонтальные

Рисунок 5.15 – Графики для определения значений коэффициентов сочетания инерционного d_i (1) и скоростного d_v (2) компонентов силы от воздействия волн

Таблица 5.16 – Значения коэффициента k_v

5.2.1.2 Линейную нагрузку от волн q, кН/м, на вертикальную обтекаемую преграду на глубине z, м, при максимальной силе от воздействия волн Q_max (см. рисунок 5.14 а)) следует вычислять по формуле

где d_xi и d_xv – коэффициенты сочетания соответственно инерционного и скоростного компонентов горизонтальной линейной нагрузки от волн; определяют по рисунку 5.18 при значении k согласно 5.2.1.1;

q_i,max и q_v,max – соответственно инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн, кН/м; вычисляют по формулам:

здесь q_xi и q_xv – коэффициенты линейной нагрузки от волн; определяют по рисунку 5.19 при значениях относительной глубины

Рисунок 5.16 – Графики для определения значений коэффициентов глубины:

а – инерционного a_i;

б – скоростного a_v

5.2.1.3 Превышение взволнованной поверхности над расчетным уровнем h, м, следует вычислять по формуле

где h_rel – относительное превышение взволнованной поверхности, м; определяют по рисунку 5.20.

Превышение средней волновой линии над расчетным уровнем Dd, м, следует вычислять по формуле

где h_c,rel – относительное превышение вершины волны; определяют по рисунку 5.20 при k = 0.

Примечание – Для эллиптических преград – сплошные линии, для призматических – штриховые. Для Q, q и P_x – a / b, для P_z – b / a.

1 – для шероховатой эллиптической преграды; 2 – для гладкой преграды;

3 – для шероховатой в подводной части и гладкой в надводной части вертикальной эллиптической преграды

Рисунок 5.17 – Графики для определения значений инерционного b_i и скоростного b_v коэффициентов формы преграды

Рисунок 5.18 – Графики для определения значений коэффициентов сочетания инерционного d_xi (1) и скоростного d_xv (2) компонентов горизонтальной линейной нагрузки от волн

При d / l: 1) 0,1; 2) 0,15; 3) 0,2; 4) 0,3; 5) 0,5; 6) 1; 7) 5 и l / h = 40 – сплошные линии;

При d / l: 1) 0,1; 2) 0,15; 3) 0,2; 4) 0,3; 5) 0,5; 6) 1; 7) 5 и l / h = 8–15 – штриховые линии

Рисунок 5.19 – Графики для определения коэффициентов линейной нагрузки от волн:

а – для q_xi;

б – для q_xv;

в – для q_zi;

г – для q_zv

1 – при d / l = 0,5 и l / h = 40; 2 – при d / l = 0,5 и l / h = 20, а также при d / l = 0,2 и l / h = 40;

3 – при d / l = 0,5 и l / h = 10, а также при d / l = 0,2 и l / h = 20; 4 – при d / l = 0,2 и l / h = 10

Рисунок 5.20 – Графики для определения значений h_rel

5.2.1.4 Нагрузки от волн Q и q на вертикальную обтекаемую преграду при любом ее расположении на расстоянии x, м, относительно вершины волны следует вычислять по формулам (5.36) и (5.41), при этом коэффициенты d_i и d_v следует определять по рисунку 5.15, а d_xi и d_xv – по рисунку 5.18 для 

5.2.1.5 Расстояние м, от расчетного уровня воды до точки приложения максимальной силы от воздействия волн на вертикальную обтекаемую преграду Q_max следует вычислять по формуле

где d_i и d_v – то же, что в формуле (5.36); определяют по рисунку 5.15 при k, соответствующем Q_max;

z_Q,i и z_Q,v – ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил, м; вычисляют по формулам:

здесь z_i,rel и z_v,rel – относительные ординаты точек приложения соответственно инерционного и скоростного компонентов сил; определяют по рисунку 5.21;

m_i и m_v – соответственно инерционный и скоростной коэффициенты фазы; определяют по рисунку 5.22.

Расстояние z_Q от расчетного уровня воды до точки приложения силы Q при любом удалении x от вершины волны до преграды следует вычислять по формуле (5.46), при этом коэффициенты d_i и d_v определяют по рисунку 5.15 для данного значения k = x / l.

Рисунок 5.21 – Графики для определения значений относительных ординат точек приложения инерционного z_i,rel (1) и скоростного z_v,rel (2) компонентов сил

Рисунок 5.22 – Графики для определения значений инерционного m_i и скоростного m_v коэффициентов фазы

5.2.2 Нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду

5.2.2.1 Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн P_max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду (см. рисунок 5.14 б)) с поперечными размерами a < 0,1l и b < 0,1l при z_c > b, но z_c – b / 2 > h / 2 и при d – z_c > b следует вычислять по формуле

для двух случаев:

– с максимальной горизонтальной составляющей линейной нагрузки P_x,max, кН/м, при соответствующем значении вертикальной составляющей линейной нагрузки P_z, кН/м;

– с максимальной вертикальной составляющей линейной нагрузки P_z,max, кН/м, при соответствующем значении горизонтальной составляющей линейной нагрузки P_x, кН/м.

Расстояние x, м, от вершины волны до центра преграды при действии максимальных линейных нагрузок P_x,max и P_z,max следует определять по относительному значению k = x / l, определяемому по графикам (см. рисунки 5.18 и 5.23).

Рисунок 5.23 – Графики для определения значений коэффициентов сочетания инерционного d_zi (1) и скоростного d_zv (2) компонентов вертикальной линейной нагрузки от волн

5.2.2.2 Максимальное значение горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн P_x,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду следует определять из ряда значений, вычисляемых при различных значениях k (см. 5.2.2.1), по формуле

где P_xi и P_xv – соответственно инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м; вычисляют по формулам:

здесь b_i и b_v – соответственно инерционный и скоростной коэффициенты формы преграды с поперечным сечением в виде круга, эллипса или прямоугольника; определяют по рисунку 5.17 при значениях a / b – для горизонтальной и b / a – для вертикальной составляющей нагрузки.

5.2.2.3 Максимальное значение вертикальной составляющей линейной нагрузки от волн P_z,max, кН/м, на горизонтальную обтекаемую преграду следует определять из ряда значений, вычисляемых при различных значениях k, по формуле

где P_zi и P_zv – соответственно инерционный и скоростной компоненты вертикальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м; вычисляют по формулам:

здесь q_zi и q_zv – коэффициенты линейной нагрузки от волн; определяют по рисунку 5.19 (в), г)) при значениях относительной ординаты

d_zi и d_zv – соответственно инерционный и скоростной коэффициенты сочетания; принимают по рисунку 5.23 при значении k согласно 5.2.1.1.

5.2.2.4 Значение горизонтальной P_x, кН/м, или вертикальной P_z, кН/м, составляющей линейной нагрузки от волн на горизонтальную обтекаемую преграду при любом ее расположении x относительно вершины волны следует вычислять соответственно по формулам (5.50) и (5.53), при этом коэффициенты сочетания d_xi, d_xv или d_zi, d_zv необходимо принимать по рисункам 5.18 и 5.23 для заданного значения k = x / l.

5.2.2.5 Максимальное значение равнодействующей линейной нагрузки от волн P_max, кН/м, на лежащую на дне цилиндрическую преграду (см. рисунок 5.14 б)), диаметр которой D < 0,1l и D < 0,1d, следует вычислять по формуле (5.49) для двух случаев в соответствии с 5.2.2.1.

5.2.2.6 Максимальную горизонтальную P_x,max, кН/м, и соответствующую вертикальную P_z, кН/м, проекции линейной нагрузки от волн, действующих на лежащую на дне цилиндрическую преграду, следует вычислять по формулам:

где P_xi и P_xv – соответственно инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки от волн, кН/м; вычисляют по формулам:

Максимальную вертикальную P_z,max, кН/м, и соответствующую горизонтальную P_x, кН/м, проекции линейной нагрузки от волн следует принимать: и

5.2.3 Нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную обтекаемую преграду

5.2.3.1 Максимальную силу от воздействия разбивающихся (разрушающихся) волн Q_cr,max, кН, на вертикальную цилиндрическую преграду, диаметр которой D < 0,4d_cr следует определять по отдельным значениям силы от воздействий волн Q_cr, кН, полученным для ряда положений преграды относительно вершины волны, как показано на схеме (рисунок 5.24 а)), с интервалом начиная с  (где x – расстояние от вершины разбивающейся волны до оси вертикальной цилиндрической преграды, м).

Рисунок 5.24 – Схема для определения нагрузок от разбивающихся волн и графики для определения значений инерционного d_i,cr (кривая 1) и скоростного d_v,cr (кривая 2) коэффициентов:

а – схема;

б – графики

Силу от воздействия волн Q_cr, кН, для любого положения цилиндрической преграды относительно вершины волны следует вычислять по формуле

где Q_i,cr и Q_v,cr – соответственно инерционный и скоростной компоненты силы от воздействия разбивающихся волн, кН; вычисляют по формулам:

здесь d_cr – критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн, м;

d_t – глубина воды под подошвой волны, м; в соответствии с рисунком 5.24 а)) принимают:

h_sur – высота (трансформированной) волны, м, при первом обрушении в мелководной зоне с соблюдением условия h_sur < 0,8d_t;

h_c,sur – превышение над расчетным уровнем воды вершины волны (при первом обрушении), м;

d_i,cr и d_v,cr – соответственно инерционный и скоростной коэффициенты; определяют по рисунку 5.24 б).

5.2.3.2 Линейную нагрузку от разбивающихся волн q_cr, кН/м, на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине z, м, от расчетного уровня (см. рисунок 5.24 а)) при относительном удалении оси преграды от вершины волны следует вычислять по формуле

где q_i,cr и q_v,cr – соответственно инерционный и скоростной компоненты линейной нагрузки от разбивающихся волн на вертикальную преграду, кН/м; вычисляют по формулам:

здесь e_i,cr и e_v,cr – инерционный и скоростной коэффициенты; определяют по рисунку 5.25 при значениях относительной глубины

Примечание – Коэффициенты d_i,cr (см. рисунок 5.24 б)) и e_i,cr (рисунок 5.25 а)) следует принимать положительными при и отрицательными при

Рисунок 5.25 – Графики для определения значений коэффициентов:

а – инерционного e_i,cr;

б – скоростного e_v,cr

5.2.4 Нагрузки от волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов

5.2.4.1 Нагрузку от волн на сквозное сооружение в виде стержневой системы следует вычислять суммированием нагрузок, определенных в соответствии с 5.4 и 5.5 как на отдельно стоящие преграды с учетом положения каждого элемента относительно профиля расчетной волны. Элементы сооружения следует принимать как отдельно стоящие обтекаемые преграды при расстояниях между их осями l не менее трехкратного диаметра D; при l < 3D (где D – наибольший диаметр элемента) волновую нагрузку, полученную на отдельно стоящий элемент сооружения, следует умножать на коэффициенты сближения по фронту y_t и лучу y_l волн, определяемые по таблице 5.17.

Таблица 5.17 – Значения коэффициентов сближения по фронту y_t и лучу y_l волн

5.2.4.2 Нагрузки от волн на наклонный элемент сквозного сооружения следует определять по эпюрам горизонтальной и вертикальной составляющих нагрузки, ординаты которых необходимо определять в соответствии с 5.2.2.4 с учетом заглубления под расчетный уровень воды и удаления от вершины расчетной волны отдельных участков элемента сооружения.

Нагрузки от волн на элементы сооружения, наклоненные к горизонтали или вертикали под углом менее 25°, следует определять соответственно по 5.2.1.4 и 5.2.2.4 как на вертикальную или горизонтальную обтекаемую преграду.

5.2.4.3 Динамическую нагрузку от воздействия нерегулярных ветровых волн на сквозное сооружение из обтекаемых элементов следует определять умножением значения статической нагрузки, полученного в соответствии с 5.2.4.1 и 5.2.4.2 от волн с высотой заданной обеспеченности в системе и средней длиной, на коэффициент динамичности k_d, определяемый по таблице 5.18.

Таблица 5.18 – Значения коэффициента динамичности k_d

При следует выполнять динамический расчет сооружения.

5.2.5 Нагрузки от волн на вертикальные цилиндры больших диаметров (особые случаи)

5.2.5.1 Максимальный опрокидывающий момент M_z,por, кН·м, от волнового давления на сплошное днище вертикальной круглоцилиндрической преграды, расположенной на гравийно-галечниковом или каменнонабросном основании, относительно центра днища следует вычислять по формуле

где D – диаметр цилиндра, м;

b_por – коэффициент опрокидывающего момента с учетом проницаемости основания; определяют по таблице 5.19.

Таблица 5.19 – Значения коэффициента опрокидывающего момента b_por

Полный максимальный опрокидывающий момент, действующий на преграду, следует вычислять как сумму двух моментов: момента от максимальной силы Q_max, равного произведению этой силы, определяемой по 5.2.1.1, на плечо, определяемое по 5.2.1.5, и максимального опрокидывающего момента, вычисляемого по формуле (5.67) и совпадающего по фазе с максимальной силой Q_max.

5.2.5.2 Волновое давление p, кПа, в точке поверхности вертикальной круглоцилиндрической преграды на глубине z > 0 в момент максимума горизонтальной силы Q_max следует вычислять по формуле

где c – коэффициент распределения давления; определяют по таблице 5.20.

Таблица 5.20 – Значения коэффициента распределения давления c

Окончание таблицы 5.20

Давление p в точках, расположенных выше расчетного уровня воды (z < 0), при c > 0 принимают по линейному закону между p на уровне z = 0, вычисляемым по формуле (5.68), и p = 0 на уровне z = –ch; при c < 0 для точек на глубине 0 < z < –ch – также по линейному закону между p = 0 при z = 0 и p, вычисляемым по формуле (5.68), при z = –ch.

5.2.5.3 Максимальную донную скорость v_b,max, м/с, в точках, расположенных на контуре преграды (q = 90° и q = 270°) и перед преградой на расстоянии 0,25l от контура преграды (q = 0°), следует определять по формуле

где j_v – коэффициент; принимают по таблице 5.21.

Таблица 5.21 – Значения коэффициента j_v

5.3 Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения и от судовых волн на крепления берегов каналов

5.3.1 Нагрузки от ветровых волн на берегоукрепительные сооружения

5.3.1.1 Максимальные значения горизонтальной P_x, кН/м, и вертикальных P_z и P_c, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн на подводный волнолом при ложбине волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления в соответствии с рисунком 5.26; при этом ординаты эпюр волнового давления p, кПа, следует принимать в зависимости от ординаты z с учетом уклона дна i следующим образом:

– при уклоне дна i < 0,04:

z = z₁:

– при уклоне дна i > 0,04:

z = z₁, p₁ вычисляют по формулам (5.70) и (5.71);

где z₁ – ордината верха сооружения, м;

z₂ – ордината подошвы волны, м; определяют по таблице 5.22;

z₃ – ордината подошвы сооружения, м;

z₄ – ордината поверхности воды за подводным волноломом, м; вычисляют по формуле

здесь k_rd – коэффициент; принимают по таблице 5.22;

z₅ – ордината вершины волны перед подводным волноломом, м; определяют по таблице 5.22;

k_w – коэффициент; принимают по таблице 5.23.

Рисунок 5.26 – Эпюры волнового давления на подводный волнолом

Таблица 5.22 – Относительные ординаты z₂ / d, z₅ / d и значения коэффициента k_rd

Таблица 5.23 – Значения коэффициента k_w

Окончание таблицы 5.23

5.3.1.2 Максимальную донную скорость v_b,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением следует определять по формуле (5.12), где коэффициент k_sl принимают:

– для вертикальной или круглонаклонной стены – по таблице 5.4;

– для подводного волнолома – по таблице 5.24.

Таблица 5.24 – Значения коэффициента k_sl для подводного волнолома

Максимальную донную скорость воды v_b,max, м/с, перед берегоукрепительным сооружением при разбивающихся и прибойных волнах следует вычислять соответственно по формулам (5.18) и (5.24).

Допустимые значения неразмывающих донных скоростей следует принимать в соответствии с 5.1.1.9.

5.3.1.3 Максимальные значения горизонтальной P_x, кН/м, и вертикальной P_z, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разбивающихся и разрушающихся волн на вертикальную волнозащитную стену (при отсутствии засыпки грунта со стороны берега) необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления в соответствии с рисунком 5.27; при этом значения ординат эпюр волнового давления p, кПа, и превышение вершины волны над расчетным уровнем воды h_c, м, следует принимать по формулам (5.77)–(5.82) в зависимости от места расположения сооружения:

– при расположении сооружения в створе последнего обрушения прибойных волн, как показано на рисунке 5.27 а),

– при расположении сооружения в приурезовой зоне, как показано на рисунке 5.27 б),

– при расположении сооружения на берегу за линией уреза в пределах наката волн, как показано на рисунке 5.27 в),

Рисунок 5.27 – Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену при расположении сооружения:

а – в зоне прибойной волны;

б – в приурезовой зоне;

в – за линией уреза

В формулах (5.77)–(5.82):

h_br – высота разбивающихся (разрушающихся) волн, м;

h_c – превышение вершины волны над расчетным уровнем воды в створе волнозащитной стены, м;

a_i – расстояние от створа последнего обрушения волн до сооружения, м;

a_n – расстояние от створа последнего обрушения волн до линии уреза (приурезовая зона), м;

a_l – расстояние от линии уреза воды до сооружения, м;

a_r – расстояние от линии уреза воды до границы наката на берег разрушившихся волн (при отсутствии сооружения), м; вычисляют по формуле

Если ордината верха сооружения z₁ > –0,3h, то значения волнового давления, определяемые по формулам (5.77), (5.79) и (5.81), необходимо умножать на коэффициент k_zd, принимаемый по таблице 5.25.

Таблица 5.25 – Значения коэффициента k_zd

Нагрузки от прибойных волн на волнозащитные стены при расположении их в прибойной зоне следует определять в соответствии с 5.1.2.5–5.1.2.8.

5.3.1.4 Максимальные значения горизонтальной P_x, кН/м, и вертикальной P_z, кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от разрушившихся волн на вертикальную волнозащитную стену (с засыпкой грунта со стороны берега) при откате волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления в соответствии с рисунком 5.28; при этом значение p_r, кПа, следует вычислять по формуле

где Dz_r – понижение поверхности воды от расчетного уровня воды перед вертикальной стеной при откате волны, м; принимают в зависимости от расстояния a_l от линии уреза воды до сооружения: при a_l > 3h_brDz_r = 0,

при a_l < 3h_br Dz_r = 0,25h_br.

Рисунок 5.28 – Эпюры волнового давления на вертикальную волнозащитную стену при откате волны

5.3.1.5 Волновое давление p, кПа, на криволинейный участок стены необходимо принимать по эпюре волнового давления на вертикальную стену в соответствии с 5.3.1.3 с ориентированием этой эпюры по нормали к криволинейной поверхности, как показано на рисунке 5.29.

Рисунок 5.29 – Эпюра давления волн на криволинейный участок волнозащитной стены

5.3.1.6 Максимальные значения горизонтальных P_x,ext, P_x,int, кН, и вертикальной P_z, кН, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн на элемент буны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления в соответствии с рисунком 5.30; при этом значения волнового давления p_ext, кПа, на внешнюю и p_int, кПа, на теневую грани буны и соответствующие возвышения вершины волны h_ext, м, и h_int, м, следует вычислять по формулам:

где k_a – коэффициент; принимают по таблице 5.26 в зависимости от угла a подхода фронта волны к буне.

Рисунок 5.30 – Эпюры волнового давления на буну

Таблица 5.26 – Значения коэффициента k_a

5.3.2 Нагрузки от судовых волн на крепления берегов каналов

5.3.2.1 Высоту судовой волны h_sh, м, необходимо вычислять по формуле

где v_adm – допускаемая по эксплуатационным требованиям скорость судна, м/с; вычисляют по формуле

здесь k_a – отношение подводной площади поперечного сечения судна к площади живого сечения канала A, м²;

b – ширина канала по урезу воды, м;

d – коэффициент полноты водоизмещения судна;

d_s и l_u – соответственно осадка и длина судна, м.

5.3.2.2 Высоту наката h_rsh, м, судовой волны на откос (рисунок 5.31) следует вычислять по формуле

где b_sl – коэффициент; принимают:

1,4 – для откосов, облицованных сплошными плитами;

1,0 – то же каменным мощением;

0,8 – » каменной наброской.

5.3.2.3 Максимальное значение линейной нагрузки от судовой волны на крепления берегов каналов P, кН/м, следует принимать по эпюрам волнового давления в соответствии с рисунком 5.31; при этом значения ординат эпюр волнового давления p, кПа, необходимо вычислять в зависимости от ординаты z следующим образом:

– при накате волны на откос, укрепленный плитами в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.31 а):

– при откате волны с откоса, укрепленного плитами в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.31 б):

– при ложбине волны у вертикальной стены в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.31 в):

где d_inf – глубина низа крепления откоса, м;

d_sh – глубина воды у вертикальной стены, м;

d_h – глубина забивки шпунта, м;

Dz_f – понижение уровня воды за креплением берега канала вследствие фильтрации, м; принимают:

0,25h_sh – для крепления с протяженностью по откосу от расчетного уровня воды менее 4 м с водонепроницаемым упором;

0,2h_sh – то же более 4 м с упором в виде каменной призмы;

0,1h_sh – для вертикальной шпунтовой стенки.

Рисунок 5.31 – Эпюры давления судовых волн на крепления берегов каналов:

а – при накате волны на откос;

б – при откате волны с откоса;

в – при ложбине волны у вертикальной стены

5.4 Нагрузки на плавучие объекты и от плавучих объектов (судов) на гидротехнические сооружения

5.4.1 Нагрузки от ветра, течения и волн на плавучие объекты

5.4.1.1 Поперечную W_q, кН, и продольную W_n, кН, составляющие силы от воздействия ветра на плавучие объекты следует вычислять по формулам:

– для судов и плавучих причалов с ошвартованными судами

– для плавучих доков

где A_q и A_n – соответственно боковая и лобовая надводные площади парусности (силуэтов) плавучих объектов, м²;

v_q и v_n – соответственно поперечная и продольная составляющие скорости ветра обеспеченностью 2 % за навигационный период, м/с;

x – коэффициент; принимают по таблице 5.27.

Таблица 5.27 – Значения коэффициента x

Площади парусности следует определять с учетом площадей экранирующих преград, расположенных с наветренной стороны.

5.4.1.2 Поперечную Q_w, кН, и продольную N_w, кН, составляющие силы от воздействия течения на плавучий объект следует вычислять по формулам:

где A_l и A_t – соответственно боковая и лобовая подводные площади парусности (силуэтов) плавучих объектов, м²;

v_t и v_l – соответственно поперечная и продольная составляющие скорости течения обеспеченностью 2 % за навигационный период, м/с.

5.4.1.3 Максимальные значения поперечной Q, кН, и продольной N, кН, горизонтальных сил от воздействия волн на плавучие объекты следует вычислять по формулам:

где k – коэффициент; принимают по рисунку 5.32;

g₁ – коэффициент; принимают по таблице 5.28;

h – высота волн обеспеченностью 5 % в системе, м.

d_s – осадка плавучего объекта, м

Рисунок 5.32 – График для определения значений коэффициента k

Таблица 5.28 – Значения коэффициента g₁

5.4.1.4 При расчете гидротехнических сооружений на действие нагрузок, передающихся от плавучих объектов на палы, корневые части причалов и анкерные опоры (для принятого количества, калибра и длины связей, значения натяжения связей в первоначальном состоянии, массы подвесных грузов и места их закрепления), необходимо определять:

– горизонтальные и вертикальные нагрузки на сооружения и анкерные опоры;

– наибольшие усилия в связях;

– перемещения плавучих объектов.

5.4.1.5 Нагрузки на анкерные опоры, усилия в связях и перемещения плавучих объектов необходимо определять с учетом динамики действия волн, при этом соотношения периодов свободных и вынужденных колебаний плавучих объектов необходимо принимать из условия недопущения резонансных явлений.

5.4.2 Нагрузки от навала пришвартованного судна на сооружение

5.4.2.1 Линейную нагрузку от навала пришвартованного судна на сооружение q, кН/м, под действием ветра, течения и волн, высота которых превышает допустимые значения по таблице 5.29, следует вычислять по формуле

где Q_tot – поперечная сила от суммарного воздействия ветра, течения и волн, кН; определяют в соответствии с 5.4.1.1–5.4.1.3 и 5.4.1.5;

l_d – длина участка контакта судна с сооружением, м; принимают в зависимости от соотношения длины причала L и длины прямолинейной части борта судна (или обноса) l:

при L > l l_d = l;

при L < l l_d = L.

Таблица 5.29 – Допустимые значения высоты волны h_5 %

5.4.2.2 Для причального фронта, образованного несколькими опорами или палами, распределение нагрузки от пришвартованного судна следует принимать только на те из них, которые располагаются в пределах прямолинейной части борта судна.

5.4.3 Нагрузки от навала судна при подходе к сооружению

5.4.3.1 Кинетическую энергию навала судна E_q, кДж, при подходе его к портовому причальному сооружению следует вычислять по формуле

где D_в – расчетное водоизмещение судна, т;

v – нормальная (к поверхности сооружения) составляющая скорости подхода судна, м/с; принимают по таблице 5.30;

y – коэффициент; принимают по таблице 5.31.

Таблица 5.30 – Значения нормальной составляющей скорости подхода судна v

Таблица 5.31 – Значения коэффициента y

5.4.3.2 Поперечную горизонтальную силу F_q, кН, от навала судна при подходе к сооружению необходимо определять для заданного значения энергии навала судна E_q, кДж, по графикам, полученным в соответствии со схемой (рисунок 5.33), следуя по направлению штриховой линии со стрелками.

Суммарная энергия деформации E_tot, кДж, должна включать энергию деформации отбойных устройств Е_е, кДж, и энергию деформации причального сооружения E_i, кДж; при Е_е > 10Е_i следует принимать E_tot = Е_е.

Рисунок 5.33 – Схема построения графиков зависимости деформаций отбойного устройства (и причального сооружения) f_t:

а – от энергии E_tot;

б – от нагрузки F_q

Энергию деформации причального сооружения E_i, кДж, следует вычислять по формуле

где k_i – коэффициент жесткости причального сооружения в горизонтальном поперечном направлении, кН/м.

Продольную силу F_n, кН, от навала судна при подходе к сооружению следует вычислять по формуле

где m – коэффициент трения; принимают в зависимости от материала лицевой поверхности отбойного устройства: при поверхности из бетона или резины m = 0,5; при деревянной поверхности m = 0,4.

5.4.3.3 Допустимое значение нормальной к поверхности сооружения составляющей скорости подхода судна v_adm, м/с, следует вычислять по формуле

где E_q – энергия навала, кДж; принимают по графикам, полученным в соответствии со схемой (см. рисунок 5.33) для случая наименьшей допускаемой силы F_q на причальное сооружение или борт судна.

5.4.4 Нагрузки на сооружения от натяжения швартовов

Нагрузки от натяжения швартовов следует принимать с учетом распределения на швартовные тумбы (или рымы) поперечной составляющей суммарной силы Q_tot, кН, от действия на одно расчетное судно ветра и течения. Значения поперечной составляющей суммарной силы Q_tot следует принимать согласно 5.4.1.1 и 5.4.1.2. Воспринимаемую одной тумбой (или рымом) силу S, кН, на уровне козырька, как показано на рисунке 5.34, независимо от количества судов, швартовы которых заведены за тумбу, следует определять по формуле

где n – количество работающих тумб; принимают по таблице 5.32;

a, b – углы наклона швартова, в градусах; принимают по таблице 5.33.

Для судов внутреннего плавания силу S, кН, следует принимать по таблице 5.34.

Рисунок 5.34 – Схема распределения усилия на тумбу от натяжения швартовов

Таблица 5.32 – Количество работающих тумб и расстояния между ними

Таблица 5.33 – Значения углов наклона швартова

Таблица 5.34 – Значения силы от натяжения швартовов S

Значения поперечной S_q, кН, продольной S_n, кН, и вертикальной S_v, кН, проекций силы S следует вычислять по формулам:

5.5 Ледовые нагрузки на гидротехнические сооружения

5.5.1 Основные положения

5.5.1.1 Нагрузки от льда на гидротехнические сооружения следует принимать на основе статистических данных о физико-механических свойствах льда, гидрометеорологических и ледовых условиях в районе сооружения для периода времени с наибольшими ледовыми воздействиями.

5.5.1.2 Прочностные характеристики льда при сжатии R_с, МПа, и изгибе R_f, МПа, основные прочностные характеристики, определяющие значение ледовой нагрузки, следует вычислять по формулам:

где N – количество слоев одинаковой толщины, на которое разбивается (по толщине) рассматриваемое ледяное поле; N > 3;

С_i – среднее арифметическое значение максимального предела прочности льда при одноосном сжатии, МПа, в i-м слое при температуре t_i; определяют по опытным данным;

D_i – доверительная граница случайной погрешности определений С_i, МПа; определяют методами математической статистики при заданных значениях доверительной вероятности a¢ и количестве параллельных измерений (количестве испытанных образцов) n;

C_b + D_b – сумма среднего арифметического значения максимального предела прочности льда при одноосном сжатии, МПа, в нижнем слое рассматриваемого ледяного поля при температуре t_b и доверительной границы случайной погрешности определений С_b, МПа; определяют так же, как С_i и D_i.

При отсутствии опытных данных значения (С_i + D_i) следует принимать по таблице 5.35.

Таблица 5.35 – Значения (С_i + D_i)

5.5.1.3 Расчетную толщину ровного льда h_d, м, принимают равной 0,8 от максимальной за зимний период толщины льда 1 %-ной обеспеченности. В зимний период в случае смерзания сооружения с ледяным полем за 3 сут и более до момента наибольшего воздействия льда на сооружение расчетную толщину льда на границе сооружение – лед принимают по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии толщину примерзшего к сооружению льда считают равной 1,5h_d.

5.5.1.4 Строение ледяного поля (по толщине) определяют по данным кристаллографического исследования, а при их отсутствии принимают, что:

– ледяной покров открытых озер, водохранилищ и крупных рек состоит из зернистого и призматического льда;

– толщина слоя зернистого льда, расположенного в верхней части ледяного покрова, составляет 0,25h_d, а толщина слоя призматического или волокнистого льда – 0,75h_d.

5.5.1.5 Доверительную вероятность значений R_c и R_f при расчетах ледовых нагрузок на сооружения II и III классов принимают a¢ = 0,95, а для сооружений I класса, при соответствующем обосновании, разрешается назначать большую доверительную вероятность, но не выше a¢ = 0,99.

5.5.2 Нагрузки от ледяных полей на сооружения

5.5.2.1 Силу от воздействия движущегося ледяного поля на сооружения с вертикальной передней гранью необходимо вычислять:

– от воздействия ледяного поля на отдельно стоящую опору с передней гранью в виде треугольника, многогранника или полуциркульного очертания F_c,p, МН, как показано на рисунке 5.35, – по формуле

– от воздействия ледяного поля на секцию протяженного сооружения F_c,w, МН, как показано на рисунке 5.36, – по формуле

где ν – скорость движения ледяного поля, м/с; определяют по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии принимают:

для рек – равной скорости течения воды;

для водохранилищ – 3 % от значения скорости ветра 1 %-ной обеспеченности в период движения льда;

m – коэффициент; принимают по таблице 5.36;

A – максимальная площадь ледяного поля (или суммарная площадь нескольких ледяных полей, оказывающих давление друг на друга) 1 %-ной обеспеченности, м²; определяют по натурным наблюдениям в данном или смежных пунктах;

k_b – коэффициент; принимают по таблице 5.37;

k_v – коэффициент; принимают по таблице 5.38;

g – половина угла заострения передней грани опоры в плане на уровне действия льда, в градусах; для опоры с передней гранью в виде многогранника или полуциркульного очертания необходимо принимать g = 70°.

Рисунок 5.35 – Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на отдельно стоящую вертикальную опору

Рисунок 5.36 – Схема приложения нагрузки от движущегося ледяного поля на секцию сооружения

Таблица 5.36 – Значения коэффициента m

Таблица 5.37 – Значения коэффициента k_b

Таблица 5.38 – Значения коэффициента k_v

Сила F_с,р, вычисленная по формуле (5.120), не должна превышать силу F_b,р, МН, вычисляемую по формуле

а сила F_c,w, вычисленная по формуле (5.121), не должна превышать силу F_b,w, МН, вычисляемую по формуле

где k – коэффициент; принимают по таблице 5.39.

Таблица 5.39 – Значения коэффициента k