ОСНОВАНИЯ РЕАКТОРНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ

ПиНАЭ–5.10-87

Министерство атомной энергетики СССР

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании оснований, реакторных отделений атомных станций (АС). Нормы регламентируют требования к проектированию оснований, обусловленные спецификой реакторных отделений, и распространяются на вновь строящиеся АС.

При проектировании оснований реакторных отделений АС следует также руководствоваться действующими нормативными документами, перечень которых приведен в приложении 1.

1.2. Основания реакторных отделений АС должны проектироваться с учетом:

а) конструктивных и технологических особенностей сооружения; нагрузок и воздействий, передаваемых на фундамент и грунты основания; технологии и сроков возведения сооружений; условий и сроков его эксплуатации;

б) особенностей инженерно-геологических условий района АС, площадки и участка размещения реакторного отделения, выявленных в результате инженерно-геологических изысканий и исследований;

в) опыта строительства и эксплуатации реакторных отделений в аналогичных природных условиях;

г) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений.

1.3. Для обеспечения эксплуатационной надежности и требуемой долговечности реакторных отделений в проекте оснований должны быть выполнены:

а) анализ природных условий района и площадки размещения АС и участка расположения реакторных отделений; оценка этих условий с точки зрения требований, предъявляемых к строительству АС; прогноз изменения природных условий в период строительства и эксплуатации;

б) составление геологической, гидрогеологической, геомеханической и расчетной моделей основания; оценка его несущей способности; определение перемещений сооружения (осадок и крена) в период строительства и в расчетный срок эксплуатации;

в) разработка необходимого комплекса инженерных защитных мероприятий, направленных на обеспечение несущей способности, уменьшение деформаций, а также на исключение, локализацию или ограничение развития неблагоприятных геологических, гидрогеологических процессов и охрану геологической среды;

г) организация системы инженерного контроля (в том число инженерно-геологического и гидрогеологического, топогеодезического, строительно-технологического и конструкторского) в период строительства и эксплуатации, включая контроль за разработкой котлованов, состоянием вскрываемых пород, технической мелиорацией грунтов, водопонижением, дренированием территории и наблюдения за осадками и кренами;

д) установка в необходимых случаях комплекса контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за состоянием системы «сооружение-основание».

1.4. Основными природными факторами, определяющими проектные решения, особенности производства строительных работ, а также условия эксплуатации реакторных отделений АС являются:

а) сейсмичность района (фоновая бальность, повторяемость землетрясений, расположение вероятных очагов землетрясений) и потенциально возможное изменение интенсивности проявления ожидаемых землетрясений вследствие изменения природных условий (главным образом гидрогеологических) в период строительства и эксплуататции АС;

б) тектоника и геологическое строение района, в том числе, проявление современных тектонических движений, дислоцированность горных пород, наличие разломов разного порядка, зон дробления и милонитизации пород, а также характер напластований, условия залегания нескальных и подстилающих их скальных пород;

в) геоморфологические условия площадки - приуроченность площадки к одному или нескольким геоморфологическим элементам, степень расчлененности рельефа и уклоны поверхностей, наличие крутых склонов, оврагов, котловин, озер, заболоченных участков и т.п.;

г) физико-технические свойства грунтов в пределах площадки, включая степень однородности массива грунтов в плане и по глубине (по характеру напластований, литологии, генезису, возрасту) и особенности прочностных, деформационных, динамических и фильтрационных свойств грунтов, их потенциально возможную изменчивость под влиянием техногенных воздействий, в том числе в результате изменения гидрогеологических условий в периоды строительства и эксплуатации АС;

д) гидрогеологические условия района и площадки - количество и типы водоносных горизонтов, их режим и характер взаимосвязи меду ними, химический состав и агрессивность подземных вод, а также возможные изменения гидрогеологических условий (включая изменение уровней, минерализации, температуры, агрессивности подземных вод, возможность образования "техногенного" водоносного горизонта) в период строительства и эксплуатации АС;

е) неблагоприятные физико-геологические процессы в пределах площадки и на прилегающих территориях (суффозионно-карстовые, эррозионно-абразивные, оползневые, гравитационные и другие, в том числе древнего проявления (стабилизировавшиеся или малоактивные), современные (развивающиеся в период изысканий) и потенциально активные, которые могут возникнуть или резко активизироваться в период строительства и эксплуатации АС.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ

2.1. Состав и объем инженерных изысканий, для проектирования реакторных отделений должны определяться основными целями и задачами каждой стадии и этапа проектирования и устанавливаться с учетом конкретных особенностей объекта, категории изученности и сложности природных условий, а также потенциальной изменчивости их в периоды строительства и эксплуатации АС.

2.2. Результаты инженерно-геологических изысканий должны отвечать следующей направленности исследований и содержанию работ:

а) при внестадийном проектировании - установление принципиальной возможности с инженерно-геологических позиций строительства АС (в первую очередь, реакторных отделений) в намеченном районе;

Обязательным на этом этапе работ являются оценка сейсмичности, тектоники и геологического строения района с использованием данных аэро-космосъемки с целью выявления глубинных структур и разломов, а также проведение инженерно-геологической рекогносцировки и изучения фондовых материалов. Выполняется инженерно-геологической районирование территории;

б) для технико-экономического обоснования (ТЭО) строительства изыскания должны проводиться в два этапа: на первом - инженерно-геологическая оценка вариантных пунктов размещения АС; на втором обоснование выбора площадки строительства, предварительной привязки реакторных отделений, решений по конструкциям их фундаментов и оснований.

в) на стадии "проект" инженерно-геологические изыскания должны выполняться в два этапа. На первом - обеспечение выбора окончательной привязки реакторных отделений, на втором - конкретизация инженерно-геологических условий под каждым сооружением. На обоих этапах должно быть обоснование прогнозов изменения гидрогеологических и инженерно-геологических условий в период строительства и эксплуатации АС;

г) на стадии "рабочей документации" основными задачами изысканий являются: изучение инженерно-геологических вопросов, возникших при рассмотрении и утверждении проекта; дальнейшая конкретизация инженерно-геологических условий строительства; продолжение режимных наблюдений и уточнение инженерно-геологических и гидрогеологических прогнозов; проведение в необходимых случаях крупномасштабных опытов, натурных испытаний свай или опытно-строительных работ. В сложных условиях дополнительные исследования должны быть выполнены во вскрытых котлованах;

д) объем инженерных изысканий для оценки сейсмичности на каждой стадии определяется "Нормами проектирования сейсмостойких АЭС".

2.3. Результаты инженерно-геодезических изысканий должны содержать данные, необходимые для планово-высотной привязки реакторных отделений, а также системы геодезических реперов и марок для проведения контрольных наблюдений за их перемещениями.

2.4. Результаты гидрометеорологических изысканий должны содержать необходимые данные для оценки гидрологических и метеорологических условий района, том числе данные возможности возникновения катастрофических паводков, атмосферных воздействий и экстремальных температур с повторяемостью 1 раз в 10000 лет.

2.5. Оценка гидрогеологических условий и их изменений, включая прогноз масштабов подтопления должны осуществляться на всех стадиях проектирования:

а) для ТЭО следует аналитическим путем либо методом аналогии с контрольными опытными определениями характеристик определять основные гидрологические параметры, необходимые для разработки мероприятий при проектировании по защите основания реакторного отделения от подземных вод, по сохранению плотности и прочности грунтов и исключению неблагоприятных физико-геологических процессов;

б) на стадии "проект" должен быть выполнен количественный прогноз изменений в режиме подземных вод по материалам специальных исследований, стационарных наблюдений с учетом проектных решений по размещению и конструктивным особенностям сооружений, а также решений по системам защиты строительных котлованов и подземных частей сооружений;

в) на стадии "рабочая документация" производится уточнение прогноза с учетом изменений проектных решений предыдущей стадии, а также с целью повышения надежности результатов.

2.6. Инженерные изыскания должны выполняться в соответствии с требованиями глав СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.

2.7. Для каждого выделенного инженерно-геологического элемента (слоя) должны определяться характеристики физико-технических свойств грунтов, исходя из инженерно-геологического и гидрогеологического строения, а также используемых при проектировании оснований реакторных отделений.

При классификации грунтов следует применять нормативные значения характеристик; при определении одних показателей в зависимости от других как нормативные, так и расчетные характеристики.

При проектировании оснований должны применяться расчетные значения, физико-механических характеристик грунтов.

2.8. При проектировании оснований реакторных отделений надлежит определять физические и механические характеристики грунтов согласно СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.02-85 и настоящего нормативного документа.

Дополнительно должны определяться:

скорости распространения продольных V_p и поперечных V_s волн в массиве геофизическим методом;

коэффициент поперечного расширения (n Пуассона);

коэффициент фильтрации К_ф;

коэффициент консолидации С_v;

коэффициент степени консолидации С°_v;

показатель консолидации n;

коэффициент относительной сжимаемости m_v1;

коэффициент вторичной консолидации m_v2;

коэффициент избыточного давления в поровой воде К_u.*

* Коэффициент избыточного давления в поровой воде К_u определяется расчетом.

Допускается определять коэффициент избыточного давления в поровой воде К_u опытным путем в полевых условиях с помощью контрольно-измерительной аппаратуры или в лабораторных условиях.

Состав характеристик из числа указанных определяется в каждом конкретном случае, исходя из условий проектирования /инженерно-геологических особенностей, состава решаемых задач, используемых расчетных методов и т.д./

Характеристики грунтов j, С, С_v, С°_v, n, m_v1, m_v2 и К_ф следует определять опытным путем в соответствии с приложением 2 настоящих норм.

2.9. Расчетные значения характеристик грунтов К_ф, С_v, С°_v, n, m_v1, m_v2 принимаются равными их нормативным значениям с коэффициентом надежности по грунту g_q=1.

Доверительная вероятность a расчетных значений характеристик грунтов j, С и Е должна приниматься равной a=0,95.

Расчетные значения остальных характеристик грунтов вычисляются по действующим нормативным документам.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

Общие указания

3.1. Проектирование оснований реакторных отделений АС включает обоснованный расчетом и исследованиями выбор:

типа основания;

конструкции и размеров фундамента;

мероприятий по инженерной подготовке основания.

Основания реакторных отделений должны рассчитываться по деформациям.

3.2. Расчетная схема системы сооружение - основание должна выбираться с учетом факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и сооружения статической схемы сооружения, особенностей его возведения, пространственной работе сооружений, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

3.3 Нагрузки и воздействие на сооружение должны определяться согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям, а также дополнительных требований "Норм строительного проектирования атомных станций", "Норм проектирования сейсмостойких атомных станций".

Нагрузки от грунта (вертикальное давление от веса грунта, боковое давление грунта), определяемые с использованием расчетных значений характеристик грунтов, принимаются с коэффициентами надежности по нагрузке равными единице.

3.4. Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами реакторных отделений, должны устанавливаться расчетом.

3.5. Расчет оснований по деформациям и по несущей способности должен производится на основное и особое сочетания нагрузок.

Расчет оснований по деформациям.

3.8. Расчет оснований по деформациям должен производиться из условия совместной работы сооружения и основания.

Совместная деформация реакторного отделения и его основания характеризуется:

осадкой основания сооружения S_u;

креном сооружения – i_u.

Предельные значения совместной деформации принимаются:

S_u£30 см, в том числе в период эксплуатации не более 10 см;

i_u£0,001, а при учете особых воздействий с учетом сейсмоосадки крен i_u£0,003.

По согласованию с разработчиком основного оборудования значения S_u и i_u могут быть увеличены.

3.9. При расчете перемещений (осадок и кренов) сооружения следует определять значения:

конечных перемещений (стабилизированных), соответствующих полному уплотнению грунта основания;

перемещений в различные периоды времени (нестабилизированн) соответствующих незавершенному процессу уплотнения основания, а также перемещений, обусловленных ползучестью грунтов основания, в соответствии с требованиями п.п. 3.11 и 3.

3.10. При расчете деформаций основания, если среднее давление под подошвой фундамента превышает расчетное сопротивление грунта основания R, кПа (тс/м²), определяемое по формуле (1)

,                          (1)

где j - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, залегающего под подошвой фундамента;

С_II – осредненное расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа (тс/м²);

;

g¢, g¢_II осредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³(тс/м³);

d₁ - глубина заложения фундамента от уровня планировки.

Z_max - глубина развития пластической зоны ниже подошвы фундамента в краевой области основания. Рекомендуется принимать

Z_max=2+0,05b,                                                          (2)

где b - ширина фундамента в м.

 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 3.1.

Таблица 3.1

Продолжение таблицы 3.1

Примечание: Расчетное сопротивление грунта основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, должно определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов за счет избыточного давления в поровой воде. При этом, в формуле (1) значения j и с следует принимать соответствующими нестабилизированному состояния грунтов основания.

3.11. Расчетная схема основания при глубоком залегании коренных пород с нижней границей принимается сжимаемой на глубине Z=H_c, где выполняется условие

s_zp=0,5s_zq,                                                              (3)

где s_zp – дополнительное вертикальное нормальное напряжение

s_zq – то же, от собственного веса грунта.

Осадка S определяется методом послойного суммирования по формуле

                                           (4)

где s¢_z,(i) – разность между напряжениями на глубине z от собственного веса грунта при естественной поверхности;

s¢¢_z,(i) – разность между полным напряжением и напряжением от собственного веса грунта при естественной поверхности на глубине z;

h(i),n – высоты и число слоев;

E¢(i), E¢¢(i) – расчетные значения модулей деформации i-го слоя, определяемые по указаниям приложения 2;

b¢(i), b¢¢(i) – коэффициенты, определяемые по приложению 2.

3.10. Для расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого слоя конечной толщины Н вычисляется по формуле

Н=(Но+yb)k_p                                                         (5)

3.12. Расчет осадки реакторного отделения с учетом временных процессов, включая консолидацию и ползучесть грунтов, как правило, следует производить по решениям одномерной задачи теории фильтрационной консолидации с учетом режима нагружения основания и граничных условий фильтрации, а также линейной теории наследственной ползучести или другой теории, описывающей ограниченную (затухающую) ползучесть грунтов.

В качество критерия для учета консолидации принимается коэффициент затухания осадки медленно консолидирующихся глинистых грунтов М_к, определяемый по формуле

,                                                        (7)

где С_v - коэффициент консолидации слоя;

h_cl - расчетная толщина слоя пылевато-глинистого грунта, принимаемая h_cl=h при наличии двустороннего дренажа и h_cl=z – при одностороннем дренаже. h – толщина пылевато-глинистого грунта в пределах сжимаемой толщи.

t_c - время от начала загружения основания до окончания строительства реакторного отделения.

Расчет осадки с учетом консолидации должен выполняться при

М_к£0,7                                                                     (8)

Для оснований, сложенных только пылевато-глинистыми грунтами, в качестве критерия для учета консолидации допускается использовать значение среднего по сжимаемой толще коэффициента консолидации C_v,cp. При

C_v,cp£10⁷ см²/год                                                    (9)

должен определяться критерий М_к.

Дополнительная осадка сооружения, развивающаяся после протекания фильтрационной консолидации, определяется при соблюдении условия

m_v2>0,0001 МПа^-1,                                                  (10)

где m_v2 - коэффициент вторичной консолидации от действия дополнительных напряжений в грунте, определяемый в соответствии с приложением 2.

3.13. Расчет осадки реакторного отделения к определенному моменту времени t с учетом временных процессов, включая консолидацию и ползучесть пылевато-глинистых грунтов основания, рекомендуется определять по формуле

S(t)=S₁+S_w(t)+S_c(t),                                                     (11)

где S₁ - осадка основания за счет деформаций слоев песчаных грунтов, а также пылевато-глинистых грунтов, имеющих критерий М_к>0,7.

Определяется по указаниям п.п. 3.9 и 3.10;

S_w(t) - осадка основания за счет деформации слоев водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов (S_ч³0,85) к моменту времени t;

S_c(t) - осадка основания за счет деформации слоев неводонасыщенных пылевато-глинистых грунтов (S_ч<0,85) к моменту времени t;

                              (12)

где s_zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта;

h_cl,i - толщина i-го слоя водонасыщенного пылевато-глинистого грунта;

m_v1,i - коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя от действия дополнительных напряжений в грунте, соответствующих s_zp на уровне середины слоя, определяется в соответствии с приложением 2;

M_к - коэффициент затухания осадки слоя глины, определяемый по формуле (7) для времени t, начиная с момента достижения по подошве 50% нагрузки;

m_v2,i – коэффициент вторичной консолидации i-го слоя от действия дополнительных напряжений в грунте, соответствующих s_zp на уровне середины слоя, определяет в соответствии с приложением 2;

t¹ - время вторичной консолидации, год, (t¹>t_ф);

t_ф –время в годах, соответствующее степени фильтрационной консолидации, равной 0,9. Определяется из зависимости

                                              (13)

                                 (14)

где s_zp,i, h_cl,i, m_v1,i, m_v2,i - обозначения те же что и в формуле (12),

t² - время вторичной осадки, (t²>t_c);

t_c - время строительства в годах.

Расчет основания по несущей способности

3.6. Расчет оснований по несущей способности должен производиться:

а) при учете особых воздействий, передающих на реакторные отделения значительные горизонтальные нагрузки, в том числе сейсмические, от воздушной ударной волны, ураганов и т.п.;

б) в случаях, когда основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами.

Исходя из условия (11) СНиП 2.02.01-83

3.7. При оценке несущей способности системы основание-фундамент необходимо рассматривать следующие возможные варианты достижения ею предельного состояния:

а) при увеличении равнодействующей нагрузок F и неизменном угле ее наклона к вертикали d¢.

В этом случае F_u определяется при

,                                                         (15)

где Т и N – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие внешней нагрузки F на основание в уровне подошвы фундамента.

При этом условие (11) СНиП 2.02.01 записывается следующим образом:

                                                             (16)

где - вертикальная составляющая силы F_u.

б) при увеличении горизонтальной и неизменной величине вертикальной нагрузок (угол наклона равнодействующей увеличивается).

В этом случае определяется значение для ряда значений d¢ (от d¢=0 до d¢=j) и ее вертикальные N_u и горизонтальные составляющие.

По ряду парных (соответствующих одному и тому же d) значений N_u и Т_u строится кривая несущей способности Т_u=f(N_u), по которой находится расчетное значение Т_u, соответствующее значению N_u=N.

При этом условие (11) СНиП 2.02.01 записывается следующим образом:

                                                               (17)

Расчеты должны проводиться применительно к тому из двух вариантов, который характерен для рассматриваемого типа конструкции и схемы ее загружения.

В случае невозможности назначения одного варианта, расчет следует проводить для обоих. За расчетный принимается тот вариант, по которому получается наименьшее отношение правых частей критериальных условий (16) и (17) к левым.

Мероприятия по уменьшению деформаций оснований

3.15. Для выполнения требований расчета оснований реакторных отделений по предельным состояниям, кроме возможности и целесообразности изменения размеров фундаментов в плане или глубины их заложения, следует предусматривать:

а) мероприятия по предохранению грунтов основания от ухудшения их свойств;

б) мероприятия, направленные на преобразование строительных свойств грунтов;

в) конструктивные мероприятия.

3.16. К мероприятиям, предохраняющим грунты основания реакторных отделений от ухудшения их строительных свойств, следует отнести:

а) устройство дренажей, противофильтрационных завес и экранов; прокладку подземных водоводов в специальных каналах или размещение их на безопасных расстояниях от реакторных отделений; контроль за возможными утечками воды и т.д.

б) выбор землеройных механизмов и технологии выполнения строительных котлованов, обеспечивающих сохранение природной структуры и влажности грунтов, недопущение перерывов между устройством оснований и возведением фундаментов, соблюдение принятой в проекте схемы и скорости передачи нагрузок на основание.

3.28. Преобразование строительных свойств грунтов основания достигается:

а) уплотнением грунтов трамбованием тяжелыми трамбовками, глубинным гидровиброуплотнением; вибрационными машинами, катками;

б) полной или частичной заменой грунтов с неудовлетворительными свойствами подушками из песка, гравия, щебня и т.п.

в) закреплением грунтов;

3.18. Конструктивные мероприятия:

а) Глубина заложения фундамента реакторного отделения должна, как правило, приниматься не менее глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений. Рекомендуется принимать глубину заложения фундаментов всего главного корпуса АС на одной отметке;

б) При строительстве на пылевато-глинистых грунтах под подошвой фундамента во всех случаях должен предусматриваться дренирующий слой с обратным фильтром толщиной не менее 0,5 м. В случае пучинистых грунтов толщина дренирующего слоя назначается из условия исключения промораживания основания в строительный период;

в) Эксцентриситет приложения равнодействующей постоянных длительных временных нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента следует ограничивать величиной е£0,02b (b – ширина или диаметр фундамента);

г) В процессе возведения реакторного отделения необходимо обеспечивать равномерное по подошве плиты загружение основания. Эксцентриситет приложения равнодействующей от собственного веса возводимых конструкций не должен превышать е£0,04b;

д) Предусматривать строительный подъем, а также устройства и способы регулирования возможного крена сооружения.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ С УЧЕТОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

4.1. Основания реакторных отделений должны быть рассчитаны на особое сочетание нагрузок, включающее сейсмическое воздействие, определяемое в соответствии со СНиП II-7-81 "Строительство в сейсмических районах", с учетом требований и дополнений "Норм проектирования сейсмостойких АС".

4.2. Предварительные размеры фундамента и глубина его заложения определяются расчетом основания на сочетание основных нагрузок. Окончательное определение размеров фундамента выполняется с оценкой сейсмостойкости его основания. Для скальных и нескальных оснований несущая способность системы, фундамент-основание при сейсмических воздействиях должна определяться исходя из схем плоского и глубинного сдвигов для всех потенциально опасных поверхностей, проходящих как по подошве фундамента, так и в толще основания, в том числе и приуроченных к слабым прослойкам и трещинам. При этом следует учитывать влияние сейсмических нагрузок и на сооружения, и на сдвигаемую часть основания.

4.3. Несущую способность системы фундамент - нескальное основание в случае глубинного сдвига рекомендуется оценивать двумя способами, изложенными в пп. 4.4-4.5 и пп. 4.6-4.9.

Если результаты расчетов по обоим методам дадут неоднозначную оценку, окончательное решение следует принимать на основе специального анализа работы системы фундамент-основание.

4.4. Сила предельного сопротивления основания F_u,eq, сложенного однородными грунтами, определяется по формуле

                                (18)

где b¢ и l¢ - соответственно приведенные ширина и длина фундамента (b¢=b-2e_b; l¢=l-2e_l);

b и l - ширина и длина фундамента, e_b и e_l - эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок;

N_g,eq; N_q,eq, N_c,eq - безразмерные коэффициенты несущей способности при сейсмическом воздействии, определяемые по таблицам или по формулам приложения в зависимости от w, j_I, d¢;

w - угол отклонения от вертикали равнодействующей сейсмической силы и силы тяжести в пределах примы выпора при горизонтальном направлении сейсма

для водонасыщенных грунтов

,                                               (19)

Для неводонасыщенных грунтов (выше уровня подземных вод) w=arctg АК_I;

А - коэффициент, значение которого принимается 0,225; 0,05; 0,1; 0,2 соответственно для сейсмичности 5, 6, 7 и 8 баллов;

К_I=0,625;

g_I, j_I, c_I - соответственно расчетные значения характеристик грунтов, находящихся в пределах возможной призмы выпора;

q - интенсивность боковой пригрузки с той стороны фундамента, в направлении которой предполагается выпор;

ξ_g, ξ_q, ξ_c - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам

                                      (20)

(, если h<1, следует принимать h=1, при h³5 ξ_q-ξ_g=ξ_c=1);

d¢ - угол наклона равнодействующей к вертикали.

4.5. Оценку несущей способности системы основание-фундамент при сейсмических воздействиях необходимо производить для тех же вариантов (а и б), что и в п.3.7. При этом условия (16) и (17) записываются в следующем виде:

для варианта "а":

                                                       (21)

для варианта "б"

                                                          (22)

где N_eq, T_eq - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие внешней нагрузки на основание при сейсмических воздействиях F_eq;

N_u,eq, T_u,eq - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие силы предельного сопротивления основания F_u,eq

g_с, g_n - коэффициенты, принимаемые в соответствии с п.3.7.

4.6. Для оснований сложенных однородными, невыветрелыми, слаботрещиноватыми скальными грунтами, расчет сейсмостойкости производится исходя из условия

                                                          (23)

где

                                                    (24)

R_c - расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта.

4.7. Для оснований, сложенных нескальными грунтами, расчет по несущей способности следует производить также на действие наклонной внецентренной нагрузки, передаваемой частью подошвы фундамента, примыкающей к наиболее нагруженному краю и имеющей ширину, в пределах которой давление на грунт при особом сочетании нагрузок превышает его расчетное сопротивление R, вычисленное по указаниям п.3.8. При этом

                                             (25)

b - длина подошвы фундамента в направлении действия расчетной горизонтальной нагрузки Т_a;

l - длина подошвы фундамента в поперечном направлении;

 - относительный эксцентриситет, показывающий какую часть длины подошвы фундамента b составляет эксцентриситет вертикальной нагрузки е_а в направлении действия горизонтальной нагрузки Т_а;

N_a, Т_a - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие наклонной внецентренной нагрузки в особом сочетании.

При i_b£0,01 не требуется выполнение расчета.

При 0,01<i_b£0,5 должно быть выполнено условие обеспечивающее устойчивость основания при сейсмическом воздействии:

                                                  (26)

где N_a,eq=l_NN_a - вертикальная составляющая части нагрузки, которая приходится на расчетный участок основания шириной b_eq примыкающей к наиболее нагруженному краю подошвы фундамента;

                                                  (27)

где N_u,eq - сила предельного сопротивления расчетного участка основания шириной b_eq при максимальном расчетном землетрясении;

g_с,eq - сейсмический коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0; 0,8; 0,6 соответственно для грунтов I, II и III категории по сейсмическим свойствам (категории грунтов по сейсмическим свойствам определяются в соответствии с прил. "Норм проектирования сейсмостойких АС");

g_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,25.

4.8. При выполнении условия (26) учитываются три группы характеристик расчетного участка основания:

а) геометрические характеристики

d - глубина заложения подошвы фундамента;

b_eq и l - размеры расчетного участка в плане;

ξ_g, ξ_q, ξ_c - коэффициенты формы, определяемые по формулам (20)

d_р - приведенный угол наклона к вертикали нагрузки на расчетный участок оснований

                                     (28)

б) физико-механические характеристики

С_I, j_I - расчетные значения удельного сцепления и угла внутреннего трения грунта;

g_I, g¢_I - осредненные расчетные значения удельного веса грунтозалегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента (с учетом взвешивающего действия подземных вод)

в) сейсмические характеристики

А - коэффициент, значение которого принимаются по п.4.4;

m_a - коэффициент, учитывающий влияние наиболее неблагоприятного направления сейсмического воздействия, определяемый по табл. 4.1

Таблица 4.1

4.9. Сила предельного сопротивления расчетного участка основания при сейсмической воздействии определяется по формуле

            (29)

где i_q, i_g - коэффициенты, учитывающие наклон к вертикали нагрузки на расчетный участок основания, определяемый по формулам:

                                             (30)

F_q, F_g, G_q, G_g - коэффициенты несущей способности и динамического влияния, определяемые по табл.4.2 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта j_I.

Таблица 4.2

Расчет фундамента на сдвиг по подошве производится исходя из условия

                                            (31)

где Dj принимается равным: при расчетной сейсмичности 8 баллов - 4°, при расчетной сейсмичности 7 и менее баллов - 2°.

4.10. Для вычисления расчетных значений горизонтальных перемещений U_eq и крена I_eq допускается применять спектральный метод расчета, используя для основания модель линейно-деформированного инерционного полупространства, или однослойного основания и расчетную схему сооружения в виде жесткого тела с конечными размерами в плане (рис.4.1).

4.11. При спектральном методе расчета S_eq, U_eq, i_eq определяется по формулам:

;                                                               (32)

;                                                               (33)

;                                                               (34)

где P_i (i=1,3) - соответственно горизонтальные (i=1) и вертикальные (i=3) компоненты результирующих значений сейсмических сил, действующих на контактной поверхности сооружения с основанием:

P₁=Agb(T₁)M; P₃=0,5-Agb(T₃)M.                                             (35)

Значения коэффициента A в зависимости от сейсмичности площадки строительства (проектное землетрясение) соответственно для 5, 6, 7 и 8 баллов принимают следующими: 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; g=9,81 м/с² ускорение силы тяжести; b(T) - коэффициент динамичности, значения которого определяются по СНиП II-7-81 в зависимости от периода собственных колебаний системы сооружение-основание; М – масса сооружения; К_i, K_фi - динамические жесткости основания соответственно при поступательном и вращательном перемещениях сооружения.

Значения результирующего момента М_i, действующего на контактной поверхности сооружения с основанием относительно горизонтальных осей x_i (i=1,2), определяются по формуле

                                                     (36)

где z_c, H_c – соответственно высота центра тяжести сооружения и высота сооружения.

Рис. 4.1. Расчетная схема, сооружения совместно с основанием.

4.12. Глубина сжимаемой толщи (активной зоны) определяется в зависимости от геологического строения площадка и динамических характеристик сооружения.

В зависимости от глубины залегания коренных (скальных или полускальных) пород основание сооружения моделируется в виде однородного или однослойного полупространства с приведенными характеристиками. В тех случаях, когда мощность сжимаемой толщи H>2L_i, то основание сооружения допускается моделировать в виде однородного полупространства с приведенными характеристиками. В обратном случае, при H<2L_i основание сооружения рассматривается в виде сжимаемого слоя постоянной толщины H с приведенными характеристиками, лежащего на поверхности скальных или полускальных пород.

Глубина сжимаемой толщи  состоящей из пачки N-количества разнородных слоев толщиной h_k (K=1, 2, …, N), для оснований в виде однородного полупространства определяется как  но не должна быть более H_а<2L₁, а для оснований в виде сжимаемого слоя постоянной толщины Н, лежащего на поверхности скальных или полускальных пород: H_а=Н.

Значения динамической жесткости основания при поступательном К_i и вращательном К_ji перемещениях сооружения определяются следующими выражениями:

а) для оснований в виде однородного полупространства с приведенными характеристиками:

                                           (37)

б) для оснований в виде сжимаемого слоя постоянном толщины с приведенными характеристиками, лежащего на поверхности скальных или полускальных (деформируемых) пород:

К_i=с_i; К_ji=с_ji                                                            (38)

В соотношениях (37) и (38) с_i, с_ji и h_i, h_ji – соответственно квазистатические и акустические жесткости основания при поступательном и вращательном перемещениях сооружения, значения которых определяются по формулам:

                         (39)

Здесь:

h_I=w_ir_cpa_pE; (i=1,2, p=2; i=3, p=1)

h_jc=w_jir_a1J_Fka₁

Здесь F=L₁´L₂ - площадь подошвы фундамента сооружения; L₁, L₂ - размеры фундаментной плиты в плане; q, q_j - коэффициенты геометрической формы площади подошвы фундамента сооружения соответственно при поступательном и вращательном движениях сооружения, значения которых приведены в табл. 4.3;  (i=1, p=2; i=2, p=1) – момент инерции площади подошвы сооружения; а₁, а₂ – соответственно приведенные скорости распространения продольных и поперечных волн грунтов, значения которых определяются по формуле

где К_а(Н) - отношение упругопластических и упругих волн, распространяющихся в каждом слое в зависимости от типа грунтов и интенсивности землетрясения в баллах, определяется по табл. 4.4 (при землетрясении интенсивностью менее 7 баллов независимо от типа грунтов К_а=1) `а_р(Н) (р=1,2) - скорость распространения упругих продольных (р=1 и поперечных (р=2) волн грунтов каждого слоя.

Таблица 4.3

Значения коэффициента К_а в зависимости от интенсивности землетрясений и типов грунтов

Значения упругих продольных `а<sub>1(К)</sub> и поперечных `а_2(К) волн для грунтов каждого слоя определяются в результате геофизических изысканий, а при отсутствии таковых допускается определять по формулам:

а) для неводонасыщенных оснований:

где Е_(К), v_(K), r_к - соответственно модуль упругости, коэффициент Пуассона каждого слоя грунта и плотность грунта;

б) для водогазонасыщенных оснований:

где  - постоянная Ляме для скелета грунта каждого слоя; Е_о(К)=Е_(К)/3(1-2v) - модуль объемной деформация скелета грунта каждого слоя;  - модуль сдвига; Е_ж(К)=Е_т/a_(К) модуль упругости аэрированной жидкости без учета сжимаемой поровой воды; Е_т=0,1 МПа - модуль упругости воздуха; a_(К) - относительное содержание воздуха в поровой жидкости грунта; n – пористость скелета грунта; r_(К)=r_СК(К)+nr_Ж(К) - плотность водонасыщенного грунта в каждом слое, r_СК(К) - плотность склета грунта, в каждом слое; r_Ж(К) - плотность воды.

Значения собственных круговых частот сооружения при поступательном и вращательном движениях определяются по формулам:

Значения периодов собственных колебаний сооружения соответственно при горизонтальном и вращательном движениях определяются по формулам:

                                           (40)

4.13. Если указанные требования не соблюдаются, то необходимо увеличить размеры фундамента сооружения в плане или принять меры по повышению прочностных свойств грунтов (уплотнение, химическое закрепление и т.д.) и расчет произвести заново.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

5.1. При проектировании свайных фундаментов реакторных отделений кроме требований настоящих норм следует соблюдать также требования СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты".

5.2. Проектирование свайных фундаментов следует выполнять на основе инженерных изысканий, проведенных в соответствии с требованиями раздела 2, при этом в материалах изысканий должны быть приведены: на стадии «проект» - результаты испытаний грунтов статическим зондированием, эталонной сваей или сваей-зондом;

на стадии «рабочей документации» - результаты испытаний натурных свай статическими нагрузками.

5.3. Для свайных фундаментов реакторных отделений следует применять сваи:

а) забивные железобетонные, с продольным и поперечным армированием, квадратные или полые круглого сечения, призматические или цилиндрические, цельные или составные, без камуфлетной пяты;

б) сваи оболочки железобетонные;

в) набивные железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт отставляемым в грунте башмаком;

г) буронабивные железобетонные, сплошного сечения или полые круглого сечения, без уширений, бетонируемые в скважинах с закреплением стенок скважин инвентарными обсадными трубами. Диаметр буронабивных свай должен быть не менеее 80 см, а отношение длины сваи к ее диаметру - не более 25.

5.4. Опирание концов свай следует предусматривать на скальные, крупнообломочные, плитные и средней плотности песчаные и пылевато-глинистые, с показателем текучести J_L£0,5 грунты. Опирание на рыхлые пески, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести J_L³0,5 не допускается.

5.4. Расчетное значение несущей способности F_d, кН (тс) сваи по результатам испытаний статической нагрузкой определяется по формуле

,                                                            (41)

где g_с – коэффициент условий работы, принимаемый g_с=1

F_u,n – нормативное значение предельного сопротивления сваи, кН (тс), определяемое как среднее значение испытанных в одинаковых условиях свай,

(F¢ - частное значение предельного сопротивления сваи;

n - количество испытаний свай, n³6);

g_д - коэффициент надежности по грунту, значение которого определяется на основании результатов статистической обработки при значении доверительной вероятности a=0,95.

За частное значение предельного сопротивления сваи кН (тс), испытываемой на вдавливание принимается:

а) нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получает осадку S=40 мм;

б) нагрузка, вызывающая непрерывное возрастание осадки без увеличения нагрузки (при S£20 мм).

За частное значение предельного сопротивления сваи F¢ при испытании статической горизонтальной нагрузкой принимается нагрузка на одну ступень менее нагрузки, без увеличения которой перемещения сваи непрерывно возрастает.

5.5. Одиночную сваю в составе фундамента по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия

                                                                 (42)

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

F_d - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

g_K - коэффициент надежности равный: 1,05 - для сплошных свайных полей, если несущая способность сваи определена по результатам статических испытаний;

1,25 – если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом.

5.6. Проверка устойчивости свайного фундамента и его основания должна производиться по указаниям раздела 3 с учетом действия дополнительных горизонтальных реакций от свай, приложенных к сдвигаемой части грунта.

5.7. Несущая способность сваи F_eq, кН (тс), работающей на вертикальную сжимающую нагрузку с учетом сейсмических воздействий, должна определяться по формуле

F_eq=k_eqF_d,                                       (43)

где F_d - несущая способность сваи, кН (тс), определенная по результатам статических испытаний натурных свай (для стадии "рабочей документации") или по данным статического зондирования грунта, испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом (для стадии "проект");

k_eq - коэффициент, учитывающий снижение несущей способности сваи при сейсмических воздействиях, определяемый расчетом как отношение значений несущей способности сваи вычисленных с учетом и без учета сейсмических воздействий по СНиП 2.02.03-05.

5.8. Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента должен включать:

а) проверку устойчивости окружающего сваю грунта, рассматриваемого как упругая линейно-деформируемая среда;

б) расчет свай по деформациям, включающий проверку соблюдения условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи

U_p£U_u,                                                                     (44)

где U_p - расчетные значения горизонтального перемещения головы сваи, м

U_u - предельные значения горизонтального перемещения головы сваи, м U_u=0,1 м

в/ проверку сечений свай по сопротивлению материала по предельным состояниям первой и второй групп.

5.9. Расчет свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия

S£S_u,                                                                       (45)

где S - совместная деформация свайного фундамента (осадка, перемещения, относительная разность осадок);

S_u - предельное значение совместной деформации основы свайного фундамента, устанавливаемое по указаниям п. 3.5.

Расчет осадки свайного фундамента из висячих свай следует, как правило производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями раздела 3.

Приложение 1

Справочное

ПЕРЕЧЕНЬ
нормативных документов, используемых при проектировании оснований реакторных отделений

1. Общие положения обеспечения безопасности АЭС при проектировании, строительстве и эксплуатации. ОПБ-82.

2. Нормы строительного проектирования АС с реакторами различного типа. ПиНАЭ-5.6.

3. Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций. ПНАЭГ-5-006-87.

4. Нагрузки и воздействия. СНиП 2.01.07-85.

5. Строительство в сейсмических районах. СНиП II.7-81.

6. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83.

7. Основания гидротехнических сооружений. СНиП 2.02.02-85.

8. Свайные фундаменты. СНиП 2.02.03-85.

9. Требования к размещению атомных станций.

10. Требования к объему инженерных изысканий и исследований для проектирования АС.

Приложение 2.
Обязательное.

Методы определения характеристик нескальных грунтов

2.1. Нормативные значения всех характеристик грунтов должны устанавливаться на основе результатов полевых и(или) лабораторных экспериментальных исследований.

За нормативные значения А^н всех характеристик (за исключением прочностных показателей tgj^н и С^н) как правило, принимаются средние арифметические их значения:

                                                    (2.1)

где А(к) - объединенные в одну совокупность (выборку) частные к-тые значения характеристики, полученные в отдельных испытаниях при однородных по данному признаку (свойству) условиях, соответствующих определенному инженерно-геологическому или расчетному элементу (слою) основания n - число частных значений характеристики, объединенных в совокупность (объем выборки).

За нормативные значения прочностных характеристик и принимаются параметры, входящие в линейные зависимости

                                                    (2.2)

или

                       (2.3)

соответствующие наименьшему среднеквадратичному отклонению их от объединенных в одну совокупность частных (К-тых) взаимосвязанных парных значениях t(к)_пр и s(к) или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр, полу в определенном диапазоне одной из указанных парных величин. При этом под t(к)_пр и s(к) имеются в виду разрушающие (соответствующие предельному равновесию) измеренные в опытах на прямой срез (в срезных приборах) значения касательной и нормальной составляющих среднего напряжения на поверхности сдвига. Под s₁(к)_пр и s₃(к)_пр имеются в виду разрушающие значения максимального и минимального главных напряжений (сжатию соответствует знак "плюс"), зафиксированные при испытаниях грунта методом трехосного раздавливания в стабилометрах.

В случаях, если опытные значения t(к)_пр и s(к) или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр аппроксимируются зависимостями (2.2) и (2.3) с погрешностью, рекомендуется учитывать их нелинейность. При этом весь необходимый диапазон напряжений разбивается на интервалы, для каждого из которых принимается своя зависимость (2.2) или (2.3), соответствующая своей совокупности частных опытных значений напряжений.

Методы экспериментального определения s(к) и t(к)_пр или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр и техника подсчета по ним нормативных значений характеристик с использованием выражения (2.2) или (2.3) регламентируются в пункт 2.3 и 2.4.

2.2. Предназначенные для определения нормативных значений характеристик А^Н (кроме параметров tgj^н, С^н, Е^н, М^н,  и показателей ползучести) совокупности опытных данных должны включать не менее десяти (n³10) частных значений этой характеристики А (i).Совокупности опытных данных для определения характеристик Е^н и М^н,  и показателей ползучести, должны включать не менее шести (n³6) частных значений Е(к), а для определения характеристик tgj^н и С^н - не менее шести (n³6) пар частных значений t(к)_пр и s(к) или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр.

Максимальное число частных значений А(к), а также пар значений t(к)_пр и s(к) или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр в одной совокупности в каждом конкретном случае необходимо устанавливать в зависимости от того, в какой мере повышение точности данной характеристики за счет увеличения числа испытаний повлияет на техническую надежность и экономическую эффективность сооружения.

2.3. Однородность условий, которым согласно изложенному в п.2.1, должны соответствовать включаемые в выборку частные значения характеристик или связанные с ними измеряемые величины, подлежит оценке на основе анализа инженерно-геологических данных и на основе статистической проверки.

Оценка, однородности условий по инженерно-геологическим данным является качественной и предшествует статистической проверке. Результатом инженерно-геологической оценки является предварительное выделение инженерно-геологических элементов.

В качестве инженерно-геологических критериев оценки однородности условий используются такие факторы, как возраст, происхождение, гранулометрический и минералогический составы грунта; состояние грунта, показатели, связанные с рассматриваемой характеристикой и сами эти характеристики.

Предварительное выделение инженерно-геологических элементов по этим показателям производится на основе анализа возможных закономерностей их изменения по различным направлениям. Такие закономерности (или их отсутствие) устанавливаются визуально, или по нанесенным на инженерно-геологические разрезы значениям показателя (при небольшом числе), либо по точечным или осредненным графикам изменения показателя по направлению.

Статистическая проверка однородности условий производится путем оценки показателя, характеризующего разброс частных значений, измеренных в опытах, величин в пределах предварительно выделенного инженерно-геологического или расчетного элемента (слоя) основания. На предварительных стадиях для такой проверки могут использоваться не непосредственно искомые характеристики (или функционально связанные с ними величины), а некоторые другие характеристики, которые имеют корреляционную с ними связь. На заключительной стадии статистической оценки однородности условий должна быть проведена проверка непосредственно для искомой характеристики (т.е. с использованием их частных значений или частных величин, функционально с ними связанных).

В качестве показателя, характеризующего статистический разброс значений А(к) характеристик (кроме tgj и С) в соответствии с ГОСТ 20522-75 следует использовать смешанную оценку среднего квадратичного отклонения s_сн частных значений А(к) от среднего арифметического значения

                                                    (2.4)

При n³25 вместо s_см допускается использовать среднее квадратичное отклонение s_ск равное:

                                               (2.5)

При этом условия определения частных значений А(i) считаются однородными, если для всех этих значений выполняется условие

                                                      (2.6)

или

                                                      (2.7)

В формулах (2.6) и (2.7): v - статистический критерий, зависящий от доверительной вероятности и числа измерений. При оценке однородности условий во всех случаях рекомендуется: двухстороннюю доверительную вероятность принимать a₁=0,95 и соответствующие ей значения и определять по таблице 2.1

Таблица 2.1

Значения критерия v при a₁=0,95

Если закономерное изменение характеристики по направлениям не установлено или связано с зависимостью от напряженного состояния, то дополнительного расчленения предварительно выделенного инженерно-геологического элемента производить не следует, а частные значения характеристики А, не удовлетворяющие условию (2.6) или (2.7) надлежит из рассматриваемой выборки исключить.

Для характеристикой tgj и С непосредственная, статистическая проверка однородности условий их определения производится путем оценки разброса частных парных значений t(к) и s(к)_пр или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр. (определяются в соответствии с указаниями п.2.4 настоящего приложения). При этом используется условие (2.6), в котором величины `А, А(к) и s_см заменяются величинами t^н, t(к)_пр и S_t или s₁^н_пр, s₁(к)_пр и S_s1.

Здесь: t^н и s₁^н_пр - нормативные значения соответственно предельного касательного напряжения при заданном нормальном напряжении и предельного максимального главного напряжения при заданном минимальном главном напряжении (определяются в соответствии с указаниями п. 2.8 настоящего приложения);

S_t и S_s1 - средние квадратичные отклонения соответственно t(к)_пр и s₁(к)_пр от их нормативных значений (определяются в соответствии с указаниями п.2.8 настоящего приложения).

2.4. Опытные значения s(к) и t(к)_пр или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр по которым определяются нормативные характеристики tgj^н и С^н измеряются при проведении испытаний соответственно методом прямого среза (на срезных приборах) или методом трехосного раздавливания (на стабилометрах).

Испытания для получения указанных опытных значений следует проводить для всех имеющихся в основании разновидностей нескальных грунтов, потеря прочности которых может быть опасной с точки зрения общей устойчивости фундамента или местной прочности основания. При этом метод трехосного раздавливания рекомендуется в первую очередь для изотропных глинистых грунтов с показателем консистенции J_L>0,5 для остальных разновидностей грунтов он является желательным.

Значения s(к) и t(к)_пр или s₁(к)_пр и s₃(к)_пр и отвечающие им нормативные значения характеристик tgj^н и С^н, должны соответствовать полностью консолидированному состоянию грунта (т.е. напряжения должны быть эффективными). Для этого испытания должны проводиться по методике медленного консолидированного "сдвига". Испытания методом трехосного раздавливания могут проводиться по методике не полностью консолидированного "сдвига", но при этом обязательно должна фиксироваться величина парового давления воды, соответствующая предельному равновесию. В последнем случае искомые эффективные напряжения определяются по формулам:

s(к)_пр=s₁(к)_оп–Р_пр(к) и s₃(к)_пр=s₃(к)_оп–Р_пр(к)

Здесь: s₁(к)_оп и s₃(к)_оп - зафиксированные в опытах предельные суммарные главные напряжения,

Р_пр(к) - зафиксированное в опытах паровое давление в момент достижения предельного равновесия.

Нагружение грунтовых образцов при проведении испытаний должно производиться в соответствии с указаниями ГОСТ 12248-78 "Грунты. Метод лабораторного определения сопротивления срезу песчаных и глинистых грунтов на срезных приборах в условиях завершенной консолидации" и ГОСТ "Грунты. Методы лабораторного определения прочностных и деформационных свойств на приборах трехосного сжатия".

Нормативные значения прочностных характеристик tgj^н и С^н определяемые по результатам испытаний методом прямого среза, соответствуют выражению (2.2). Они вычисляются (согласно ГОСТ 20522-75) по найденным из опытов парным величинам s(к) и t(к) по формулам:

                              (2.8)

                                          (2.9)

Если при вычислении по формуле (2.9) получится, что С^н<0

то полагают С^н=0, а tgj^н вычисляют вновь по формуле:

                                          (2.10)

Нормативные значения характеристик tgj^н и С^н, определяемые по данным испытаний методом трехосного раздавливания, соответствуют выражению (2.3). Для отыскания их значений предварительно по найденным из опытов парным значениям s₁(к)_пр и s₃(к)_пр вычисляются коэффициенты зависимости (2.3):

Эти вычисления производятся по формулам:

                 (2.11)

                                     (2.12)

Если при вычислении по формуле (2.12) получится, что b^н<0, то полагают b^н=0, а коэффициент вычисляют вновь по формуле:

                                          (2.13)

Далее по найденным коэффициентам а^н и b^н вычисляются значения С^н и tgj^н. Для этого используются формулы:

                                                      (2.14)

                                                         (2.15)

2.5. Нормативное значения модуля деформации E^н¢(i) и Е^н²(i) нескальных грунтов основания следует определять по результатам испытаний методом трехосного сжатия. Допускается для определения E^н¢(i) и Е^н²(i) использовать результаты компрессионных испытаний. Значения E^н¢(i) и Е^н²(i) должны определяться для каждого выделенного i-того расчетного слоя основания. Для этого испытания должны проводится в диапазоне нагрузок, включающем напряжения в этих слоях от собственного веса грунта и суммарные напряжения от собственного веса грунта и от действия сооружения.

При проведении испытаний методом трехосного сжатия и при обработке получаемых при этом данных следует руководствоваться указаниями ГОСТ "Грунты. Метод лабораторного определения прочностных и деформационных свойств на приборах трехосного сжатия". При этом этапы испытаний, предназначенные для определения модуля деформации, рекомендуется проводить по схеме простого нагружения с соотношением боковых напряжений к осевым  (m - коэффициент поперечного расширения, принимаемый по таблице 2.2)

Нормативные значения модулей деформации E^н¢ и Е^н² для каждого i-того слоя в соответствии с (2.1) вычисляются по формулам:

                                              (2.16)

                                            (2.17)

Здесь: E¢к(i) и Е²к(i) - частные значения модулей деформации для рассматриваемого расчетного слоя, полученные по результатам отдельных испытаний.

В случае, если инженерно-геологический элемент включает несколько расчетных слоев, то значения E^н¢(i) и Е^н²(i) могут определяться по аппроксимирующей зависимости, которая устанавливается методом наименьших квадратов по частным значениям E¢к(j) и Е²к(j) полученным в разных расчетных слоях одного j-того инженерно-геологического элемента.

Значения E¢к(i) и Е²к(i) или E¢к(j) и Е²к(j) определяются по результатам испытаний методом трехосного сжатия или методом компрессии.

Испытания этими методами проводятся в следующей последовательности:

Этап 1 - нагружение образца до вертикального напряжения на глубине от собственного веса грунта при естественной его поверхности,

этап 2 - разгружение образца до вертикального напряжения на глубине z от собственного веса грунта при разработанном котловане, определяемого с учетом реальных размеров котлована как от отрицательной нагрузки за счет удаленного грунта,

этап 3 – повторное нагружение образца до вертикального напряжения на глубине z от собственного веса грунта при естественной его поверхности (на величину s¢z(i) - см. п.3.9)

этап 4 - дальнейшее нагружение образца на величину вертикального дополнительного напряжения на глубине z от внешних нагрузок (на величину s²z(i) - см. п.3.9).

Испытания методом трехосного сжатия следует проводить по схеме простого нагружения при

При использовании метода трехосного сжатия значения с E¢к(i) подсчитываются по формулам:

                                             (2.18)

                                              (2.19)

При использовании компрессионного метода испытаний значения E¢к(i) и Е²к(i) подсчитываются по формулам:

                                                       (2.20)

                                                        (2.21)

b (2.18) ¸ (2.21):

s¢z(i) и s²z(i) – то же, что в п.3.9,

e¢z(i) и e²z(i) - приращения вертикальных (осевых) деформаций испытуемого образца соответственно на этапах нагружения 3 и 4,

m – коэффициент, принимаемый для фундаментов РО размерами более 50 м m=2 (значение может уточняться на основе результатов специальных исследований),

                                             (2.22)

                                             (2.23)

m¢к(i) и m²к(i) - частные значения коэффициентов поперечной деформации грунта, устанавливаемые соответственно по результатам этапов нагружения 3 и 4 в испытаниях, методом трехосного сжатия по формулам:

                                      (2.24)

                                     (2.25)

В отсутствии результатов испытаний методом трехосного сжатия принимается m¢к(i)=m²к(i)=m, которое определяется по таблице 2.2

e¢x(i) и e²x(i) - приращения горизонтальных (поперечных) деформаций образца соответственно на этапах нагружения 3 и 4 в испытаниях методом трехосного сжатия.

Значения E¢к(j) и Е²к(j) подсчитываются по формулам (2.18)-(2.21) (с использованием (2.22)-(2.25)), в которых во всех величинах индекс "i" заменяется на индекс "j", что указывает на принадлежность величины не расчетному i-тому слою, а j-му инженерно-геологическому элементу, включающему несколько расчетных слоев.

Таблица 2.2

Примечание: Меньшее значение m относится к более плотным грунтам.

Нормативные значения коэффициентов поперечного расширения m^н¢(i) и m^н²(i) при использовании данных испытаний методом трехосного сжатия в соответствии с выражением (2.1) вычисляется по формулам:

                                               (2.26)

                                              (2.27)

В случае, если инженерно-геологический элемент включает несколько расчетных слоев, то значения m^н¢(i) и m^н²(i) могут определяться по аппроксимирующей зависимости, которая устанавливается методом наименьших квадратов по частным значениям m¢к(j) и m²к(j), полученным в разных расчетных слоях одного j-того инженерно-геологического элемента.

При этом частные значения m¢к(j) и m²к(j) подсчитываются по формулам (2.24) - (2.25), в которых во всех величинах индекс "i" заменяется индексом "j".

В отсутствии данных испытаний методом трехосного сжатия принимается m^н¢(i)=m^н²(i)=m, которое определяется по таблице 2.2

2.6. Нормативные значения коэффициента фильтрации К_ф нескальных грунтов основании в соответствии с выражением (2.1) вычисляются по формуле:

                                                   (2.28)

где Кф(к) - частные значения (по результатам отдельных испытаний) коэффициента фильтрации. Значения Кф(i) следует определять по результатам испытаний образцов грунта в лабораторных условиях или испытаний грунта в полевых условиях, руководствуясь указаниями следующих документов:

1. Руководство по определению характеристик прочности глинистых грунтов основания и тела плотины. П 08-73/ВНИИГ, Л-д, Энергия 1973/

2. Справочное руководство гидрогеолога, ч.1, П, Д-д, Недра, 1967

3. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям для строительства гидротехнических сооружений. М. Энергия., 1976.

4. Инструкция и методические указания по определению коэффициентов фильтрации водоносных пород методом опытных откачек из скважин. И 38-67. М. Энергия, 1967.

5. Определение водопроницаемости неводоносных горных пород опытными наливами в шурфы. И 41-68. М. Энергия, 1969.

6. Руководство по определению водопроницаемости скальных пород методом опытных нагнетаний воды в скважины. П 656-75. Энергия. 1978.

2.7. Расчетные значения характеристик А определяются по формуле

                                                                  (2.29)

где g_д -коэффициент надежности по грунту.

Примечание: Расчетные значения характеристик грунтов tgj, C для расчетов по первой группе предельных состояний обозначаются tgj_I, C_I, а для расчетов по второй группе предельных состоянии - tgj_II, C_II

2.8. Расчетные значения прочностных характеристик tgj_I,II, C_I,II в соответствии с выражением (2.29) вычисляют по формулам

                                                       (2.30)

                                                          (2.31)

При вычислении значений tgj_I,II, C_I,II по формулам (2.30) и (2.31) при использовании результатов испытаний методом прямого среза коэффициенты g_д(j) и g_д(с) следует вычислять по формуле

                     (2.32)

Входящие в (2.21) значения t^н(s_min) и t^н(s_max) определяются по формулам:

                                    (2.33)

                                   (2.34)

В (2.33) и (2.34): tgj^н, C^н - нормативные значения характеристик прочности, определенные в соответствии с указаниями п.2.4

s_min и s_max - минимальные и максимальные значения нормативных нормальных напряжений, ограничивающие расчетный диапазон этих напряжений.

Входящие в (2.32) доверительные интервалы dt(s_min) и dt(s_max) вычисляются по формуле:

                                           (2.35)

где V_a,l - коэффициент, принимаемый по таблице 2.3 в зависимости от односторонней доверительной вероятности a /следует принимать a=0,95/, параметра l, вычисляемого по формуле (2.38) и числа степеней свободы К=n-2

Таблица 2.3

                                                       (2.36)

s=s_min при вычислении dt(s_min) и s=s_max при вычислении dt(s_max);

                               (2.37)

(в формуле (2.37) n-2 следует заменить на n-1, если принято С^н=0, а tgj^н вычислен по формуле (2.10а));

                                             (2.38)

В (2.38)

                                                    (2.39)

                                                    (2.40)

При использовании результатов испытаний методом трехосного раздавливания значения входящих в (2.30) и (2.31) коэффициентов g_д(j) и g_д(с) следует определять по формулам (2.32) - (2.40), заменив в них величины t^н(s_min), t^н(s_max), dt(s_min), dt(s_max), С^н, tgj^н, s_min, s_max, `s, s(к), t(к)<sub>пр</sub> и St соответственно на s<sup>н</sup><sub>1(пр)</sub>(s<sub>3min</sub>), s<sup>н</sup><sub>1(пр)</sub>(s<sub>3max</sub>), ds<sub>1</sub>(s<sub>3min</sub>), ds<sub>1</sub>(s<sub>3max</sub>), a<sup>н</sup>, b<sup>н</sup>, s<sub>3(пр)min</sub>, s<sub>3(пр)max</sub>, `s_3(пр), s₃(к)_(пр), s₁(к)_(пр) и Ss₁.

Если полученное с использованием формул (2.32) - (2.40) значение коэффициента gg(j)=gg(с) окажется больше 1,25 или меньше 1,05, то его значение окончательно надо принимать соответственно равным 1,25 или 1,05.

2.9. Расчетные значения модулей деформации E¢(i) и E²(i) в соответствии с выражением (2.29) должны вычисляться по формулам:

                                                        (2.41)

                                                       (2.42)

При вычислении E¢(i) и E²(i) значения коэффициентов должны определяться по формулам:

                                                     (2.43)

                                                     (2.44)

Знак перед величинами r¢_a(Е) и r²_a(Е) в (2.43) и (2.44) следует принимать таким, чтобы обеспечивалась большая надежность.

В (2.43) и (2.44):

                                                      (2.45)

                                                      (2.46)

где:

t_a - коэффициент, принимаемый по таблице 2.4 в зависимости от односторонней доверительной вероятности (следует принимать a=0,95) и числа степеней свободы К^I=n-1

V¢_(E) и V²_(E) - коэффициенты вариации частных значений модулей деформации Е¢к(i) и Е²к(i), вычисляемые по формуле.

                                                         (2.47)

                                                         (2.48)

где:

S¢_(E) и S²_(E) - средние квадратичные отклонения частных значений Е¢к(i) и Е²к(i) от нормативных значений соответственно Е^н¢(i) и Е^н²(i)

Значения S¢_(E) и S²_(E) подсчитываются по формулам:

                                      (2.49)

                                      (2.50)

Таблица 2.4

В случаях, если нормативные значения Е^н¢(i) и Е^н²(i) установлены по аппроксимирующей зависимости, которая получена для одного инженерно-геологического элемента, включающего несколько расчетных слоев, то расчетные значения Е¢(i) и Е²(i) должны определяться по нижней или верхней доверительной границе аппроксимирующей зависимости при a=0,95.

2.10. Расчетные значения коэффициентов поперечного расширения m¢(i) и m²(i) следует принимать равными нормативным значениям соответственно m^н¢(i) и m^н²(i)

2.11. Расчетные значения коэффициента фильтрации К_ф следует принимать равными нормативным значениям К_ф^н.

2.12. Коэффициент консолидации С_v определяется для всех пылевато-глинистых водонасыщенных грунтов любой консистенции.

Коэффициент консолидации определяется в компрессионных приборах по методике Тейлора. Образцы грунта при естественной влажности предварительно обжимаются природным давлением с учетом взвешивавшего действия воды, а затем прикладывается нагрузка равная дополнительному давлению от сооружения.

Коэффициент консолидации С_v по методу Тейлора определяется по формуле:

                                             (2.51)

где 0,848 - числовой коэффициент Тейлора для 90% первичной консолидации

Н - высота образца в см;

t₉₀ - время, соответствующее 90% первичной консолидации, мин.

2.13. По значению коэффициента консолидации С_v рассчитывается коэффициент фильтрации:

                                                         (2.52)

где С_v - коэффициент консолидации, см²/сек;

r_в - плотность воды 0,001 кг/см³;

а - коэффициент сжимаемости в интервале давлений данного испытания, см²/кг;

е_ср - среднее значение коэффициента пористости в рассматриваемом интервале давлений.

2.14. Коэффициент степени консолидации  рассчитывается по формуле:

                                                (2.53)

где t_o - время возведения сооружения;

h_o - расчетная толщина, консолидированного слоя.

Остальные обозначения то же, что в предыдущей формуле.

2.15. Параметры ползучести n, m_v1, m_v2 определяются по результатам испытаний в компрессионных приборах. Здесь , где Ек(i) определяется по формулам 2.18 или 2.20.

При величине показателя 0<n<2 пылевато-глинистый грунт обладает ползучестью, которую следует учитывать при расчете осадок фундамента реакторного отделения. В этом случае определяется коэффициент вторичной консолидации m_v2, характеризующий скорость медленно развивающейся осадки, т.е. той части осадки, которая развивается после протекания фильтрационной консолидации. Показатель m_v2 определяется по указаниям п.2.17.

2.16. Избыточное давление в поровой воде U¢ и коэффициент избыточного давления в поровой воде К_u определяются для пылевато-глинистых водонасыщенных грунтов (степень влажности более 0,85) любой консистенции и коэффициенте консолидации С_v£10⁷ см²/год.

2.16.1. Избыточное давление в поровой воде определяется в компрессионных приборах системы Гидропроекта следующим образом:

а) Компрессионный прибор дооборудывается специальным приспособлением с капилляром для измерения избыточного давления в поровой воде (диаметр капилляра 0,1-0,005 мм);

б) Нижняя камера прибора полностью заполняется вакуумированной дистиллированной водой;

в) Прибор снабжается уплотнительной резиновой прокладкой;

г) В журнале записывается значение начальной длины части капилляра, свободной от воды l_o (мм) при U=0;

д) Надевается резиновая прокладка на кольцо с грунтом;

е) Кольцо с грунтом ставится в прибор и опускается прокладка;

ж) Прокладка затягивается зажимным кольцом;

и) Записывается в журнал значение длины части капилляра, свободной от воды l_i (мм) при U¹0;

к) На образец грунта прикладывается вертикальная нагрузка - бытовое давление образца грунта от отметки заложения фундамента плюс давление от сооружения на глубине взятия образца.

Распределение давлений от сооружения в сжимаемой толще указывается в специальном задании. Вертикальная нагрузка на образец грунта прикладывается фактически мгновенно.

л) В дальнейшем опыт проводится так же, как для определения коэффициента консолидации (с теми же отсчетами осадок по времени) и дополнительными отсчетами (l_i) по капилляру.

2.16.2. Избыточное давление в поровой воде определяется по формуле:

                                                     (2.54)

где U - избыточное давление в поровой воде, кгс/см²;

l_o - начальная длина части капилляра, свободная от воды, мм, при U=0;

l_i - длина части капилляра свободная от воды, (мм), при U¹0

р - атмосферное давление (1 кгс/см² или 0,1 МПа).

По результатам проведенного опыта строится график зависимости величины избыточного давления в поровой воде от времени.

На оси ординат откладывается избыточное давление в поровой воде в кг/см², на оси абсцисс - время проведения опыта в сутках (или часах) в зависимости от продолжительности опыта.

Рассчитывается также коэффициент избыточного давления в поровой воде.

К_u, равный отношению максимальной величины избыточного давления в поровой воде к вертикальной нагрузке, при которой проводился опыт.

Для инженерно-геологического элемента выполняется шесть определений.

По полученным результатам определяется нормативное значение избыточного давления в поровой воде, равное среднеарифметическому.

2.17. Для выявления роли ползучести скелета в процессе уплотнения глинистого грунта необходимо проводить специальные испытания по следующей методике:

а) Из одного монолита вырезают три пары образцов для испытания в компрессионных приборах конструкции Гидропроекта. Три образца высотой 2,5 см (стандарт), три других образца высотой 1 см (нестандарт).

б) Образцы высотой 2,5 см испытывают при односторонней фильтрации, а образцы высотой 1 см испытывают при двухсторонней фильтрации. Этим достигается наибольшая разница в путях фильтрации воды из пор, при этом соотношение их (путей фильтрации) будет равным 1:5 т.к. h₁=1 см, а при односторонней фильтрации h₁=0,5 см.

в) Для обеспечения односторонней фильтрации при испытании образца h=2,5 см в основании его укладывают тонкий резиновый лист, нижнюю сторону кольца покрывают тонкий слоем пластилина, что обеспечивает фильтрацию вверх.

г) Испытания проводятся с предварительным водонасыщением и под водой.

д) Перед началом опыта образцы грунта пригрузить кратковременной нагрузкой (0,25-0,50 кгс/см² в зависимости от плотности грунта) и зафиксировать нулевые показатели индикаторов. После этого на образец прикладывается ступенями заданная нагрузка (ступени примерно 1 кгс/см²) в течении 5¸10 минут.

Отсчеты с индикаторов часового типа снимают после приложения всей заданной нагрузки через 1 мин., 5 мин., 15 мин., 30 мин., 1 час, 3 часа, 6 часов и далее 2 раза в сутки до тех пор, пока кривая осадка - логарифы времени не выйдет на прямой участок вторичной консолидации (рис. 2.1).

На рисунке 2.1 приведены графики зависимости относительной деформации (S/h) от времени (ln t).

е) После выхода на прямую S/h-ln t отсчеты можно прекратить, образцы быстро (в течение нескольких минут) разгрузить и определить их влажность, объемный вес, отбирая пробы из средней части образца.

з) Для расчета осадок глинистых грунтов-оснований реакторных отделений по результатам лабораторных испытаний образцов определяются два параметра - показатель консолидации n и коэффициент вторичной консолидации m_v2.

2.17. Показатель консолидации n определяют по формуле:

                                                            (2.55)

где t₁f, t₂f - время, соответствующее периоду окончания фильтрационной консолидации образцов (определяется по графику рис.2.1, при проведении прямой, параллельной оси абсцисс, h₁ и h₂ – высоты образцов).

                                          (2.56)

Примечания: Если окажется, что начальное осадки не совпадают, следует сместить нижнюю кривую так, чтобы обе кривые исходили из одной точки.

2.17.2. При значении показателя консолидации 0<n<2 пылевато-глинистый грунт обладает ползучестью, которую следует учитывать при расчете осадок реакторного отдаления.

В этом случае по рис.2.1 определяется коэффициент вторичной консолидации m_v2 по тангенсу угла между прямой параллельно оси абсцисс и прямолинейным отрезком кривой на участке вторичной консолидации.

Тангенс a определяется по формуле:

                                               (2.57)

где S(t₁) и S(t₂) - значения осадки одного образца на участке вторичной консолидации

t₁ и t₂ - время, соответствующее осадкам S(t₁) и S(t₂)

Эти значения осадок и времени также приведены на рис.2.1.

Угол a определяется по первой и второй кривой и берется среднее арифметическое, причем коэффициент вторичной консолидации m_v2 связан с углом a зависимостью

                                                    (2.58)

где t_ф – время в годах, соответствующее степени фильтрационной консолидации, равной 0,9,

t_э – время в годах эксплуатации АС.

График зависимости относительной деформации от времени

Рис. 2.1.

Приложение 3
Рекомендуемое

1. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОДНОРОДНЫХ НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ИХ ОТСУТСТВИИ.

1.1. Коэффициенты несущей способности при сейсмических воздействиях для прямоугольных в плане фундаментов.

Силу продольного сопротивления F_u,eq основания, сложенного неводонасыщенным однородным грунтом при расчетном землетрясении и горизонтальном направлении сейсмической нагрузки определяют по формуле (18) раздела 4.

Определение коэффициентов N_g,eq, N_q,eq, N_c,eq выполняют по формулам в следующей последовательности:

N=c×ctg j;                                                                              (1)

w=arctg АК₁;                                                                         (2)

q=g×tn;                                                                                    (3)

r=arctg[qt_qw/(q+n)];                                                             (4)

e=0,5[90°-j-r+arcsin(sinr/sinj)];                                       (5)

q=90°+n-j-e;                                                                        (6)

a=sinn exp(q tgj);                                                                 (7)

n=0,5[j-d¢+arccos(sind¢/sinj)];                                           (8)

k=a/cos(j+e);                                                                        (9)

b=sinn cos(j-n);                                                                  (10)

d=(a²-sin²n)/2sinj;                                                               (11)

i=k×a×sine/(b+d);                                                                   (12)

;                               (13)

1.2. Несущая способность сооружений с круглой подошвой

Подошва радиусом r сооружения заменяется эквивалентным кругом с радиусом B/2=r-e_y,

где e_y - эксцентриситет равнодействующей всех сил в плоскости подошвы в направлении оси y, проходящей через точку приложения равнодействующей и центр круга.

Предельное сопротивление F_u,eq основания, вычисляется по формуле:

где N_g,eq, N_q,eq, N_c,eq вычисляются по формулам (1-19), а коэффициенты ξ_g, ξ_q, ξ_c по формулам раздела 4 (п.4.4) при n-2

1.3. Таблицы коэффициентов несущей способности приведены для:

Таблица 1. Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg j=0,025

a) выше уровня подземных вод:

А=0,025                 (5 баллов);

К₁=1,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,025.

Таблица 2. Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg j=0,05

a) выше уровня подземных вод:

А=0,05                   (6 баллов);

К₁=1,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,05.

б) ниже уровня подземных вод:

А=0,025                 (5 баллов);

К₁=1,0;

»2,0;

Таблица 3. Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,1

а) выше уровня подземных вод:

А=0,1                     (7 баллов);

К₁=1,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,1.

б) ниже уровня подземных вод:

А=0,05                   (6 баллов);

К₁=1,0;

»2,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,1.

Таблица 4. Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,2

а) выше уровня подземных вод:

А=0,2                     (8 баллов);

К₁=1,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,2.

б) ниже уровня подземных вод:

А=0,1                     (7 баллов);

К₁=1,0;

»2,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,2.

Таблица 5. Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,4

а) выше уровня подземных вод:

А=0,4                     (9 баллов);

К₁=1,0;

б) ниже уровня подземных вод:

А=0,2                     (8 баллов);

К₁=1,0;

»2,0;

w=arctg AK₁=arctg 0,4.

Таблица 6. Коэффициент N_c,eq

Для промежуточных значений tg w, для которых таблицы отсутствуют, значения коэффициентов допускается принимать по интерполяции.

Таблица 1.

Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,025

Таблица 2

Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,05

Таблица 3

Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,1

Таблица 4

Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,2

Таблица 5

Коэффициенты N_g,eq и N_q,eq при tg w=0,4

Таблица 6

Коэффициент N_с,eq

2. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СЛОИСТЫХ НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

2.1. Идентификация расчетного варианта.

Расчет выполняется согласно четырех расчетных случаев.

Для выяснения к какому из них относится конкретный расчет предварительно определяют

F₁=(sinv₁/cosj₁)sina₁;                                                 (29)

F₂=[sinv₁ exp(q(tgj₁)/cosj₁]sine₁;                                      (30)

В выражениях (29, 30)

                                  (31)

                                   (32)

a₁=90°+j₁-v₁;                                                         (33)

q=90°+j₁-v₁-e₁;                                                       (34)

1 расчетный случай получаем при

h₁/B<F₁; h₁/B<F₂                                                      (35)

2 расчетный случай при

h₁/B>F₁; h₁/B>F₂                                                      (36)

3 расчетный случай при

h₁/B>F₁; h₁/B<F₂                                                      (37)

4 расчетный случай при

h₁/B<F₁; h₁/B>F₂                                                      (38)

В выражениях (35-38) h₁ - мощность верхнего слоя грунта, r - определяют согласно (4), где n=C₁/tgj₁

При

                                                     (39)

объемлющая поверхность скольжения проходит в пределах мощности верхнего слоя, т.е. расчет в этом случае проводится по схеме однородного основания.

2.2. Первый расчетный случай.

Участок поверхности скольжения, очерченный по логарифмической спирали начинается и заканчивается в нижнем слое грунта (рис. 2).

Рис. 2. Расчетная схема несущей способности слоистого основания. Случай I

Расчет выполняют графоаналитическим методом. Для построения кинематической схемы разрушения используют формулы:

                                                   (40)

                                                                 (41)

                                           (42)

                                                                  (43)

                                                                 (44)

                                                                   (45)

Положение точки f и очертание логарифмической спирали находят с помощью выражения

                                                        (46)

Построение силового многоугольника приводит к искомой результирующей предельного сопротивления основания. При различных сцеплениях слоев к массовым силам элементов зон нижнего слоя добавляют составляющие

                                                          (47)

где l для соответствующих участков: v₁, e₁, a₁, q находят по формулам (31-34).

2.3. Второй расчетный случай.

Логарифмическая спираль начинается и заканчивается в верхнем слое, частично проходя через нижний (рис. 3).

Рис. 3. Расчетная схема несущей способности слоистого основания. Случай II.

Угол q₁ определяется из уравнения

sin(a₁+q₁)exp(q₁)tgj₁=h₁cosj₁/Bsinv₁,                                      (48)

где a₁ определяется из (33), v₁ из (31). Затем определяют угол q₁¢ по формуле

                                                         (49)

где e₁, a₁ и e₂, a₂ определяется соответственно согласно (32, 33) и (41, 42). Для нахождения точки n построения дуги логарифмической спирали mn следует отложить отрезок m0 под углом

который равен

                                            (50)

и провести линию 0n под углом q²₁ найденным из уравнения

                                   (51)

и пользуясь уравнением  построить участок mn поверхности скольжения.

Построив mn и определив графически угол q₃ достраивают участок спирали gn и определяют

                                                 (52)

Последовательным построением многоугольников сил для каждой из зон находят результирующую предельного сопротивления R. При этом равнодействующие давлений на плоскостях am и ag отклонены от нормалей, на угол j₁, а линии действия реакций R_im и R_ng проходят через точку a и через точки пересечения касательных, проведенных через концы соответствующих участков спирали. Линия действия R_mn проходит через точку 0 и точку пересечения касательных, проведенных из концов участка спирали mn.

2.4. Третий расчетный случай.

Логарифмическая спираль начинается в верхнем слое и заканчивается в нижнем (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная схема несущей способности слоистого основания. Случай III.

Угол q₁, участок спирали mi направление R_mi определяются также как и в предыдущем случае. Угол q₁²=q¢-q₁¢, где q¢ определяется по формуле (45), q - из (49). Участок спирали  где  вычисляют по формуле (50). Остальные процедуры расчета совпадают с предыдущими случаями.

2.5. Четвертый расчетный случай

Логарифмическая спираль начинается в нижнем слое, а заканчивается в верхнем (рис. 5).

Рис. 5. Расчетная схема несущей способности слоистого основания. Случай IV.

Для построения участка спирали используются формулы

                                                         (53)

                                                       (54)

где v₂ определяется по формуле (40); угол q₁² находят из уравнения:

                            (55)

Для построения участка спирали mi используется уравнение

                                                         (56)

где q₀ угол определяемый из чертежа. Аналогично находится проходящая через точку q, вспомогательная поверхность скольжения S₁qf₁f₂f₃, при построении которой точки 0,a являются соответственно полюсами логарифмических спиралей qf₁ и f₁f₂. При построении многоугольников сил учитывают, что R_f1f2 R_mi проходят через точку a, а R_qf1 и R_ri через точку 0; силы S_qs1=S_ns.

Примечание: Во всех расчетных случаях для прямоугольной подошвы сооружения следует результирующую предельного сопротивления основания определять по формуле (57).

                                          (57)

где  - составляющие F_u.eq которые соответствуют:

 - массовым силам;

 - сцеплению;

- нагрузке на свободной поверхности.

Указанные составляющие выделяются из F_u.eq на чертеже многоугольника сил, соответствующего плоской задаче (протяженному в плане сооружению)

2.6. Расчет многослойных нескальных оснований по несущей способности при сейсмических воздействиях.

Расчетные процедуры проводятся аналогично предыдущим случаям.

Построение зон предельного напряженного состояния производится графически с помощью зависимостей

                               (58)

                       (59)

                                                          (60)

                                 (61)

                                                     (62)

где r - выясняется согласно (4) и примечаний п.1.1, а индекс i - означает принадлежность к слою i соответствующих обозначений.

На рис. 6 приведена кинематическая схема для трехслойного основания. Графическая последовательность определения результирующей предельного сопротивления основания приведена на рис. 7-9.

Для определения несущей способности прямоугольной подошвы необходимо использовать формулу (57). Учет сцепления проводится в соответствии с указаниями п.2.2.

Примечание: Методику можно использовать для расчета слоистых оснований без сейсмических воздействий. При этом следует принять w=0, а r соответствующим формуле (23) во всех формулах и построениях настоящего приложения.

Рис. 6. Кинематическая схема к расчету несущей способности многослойного основания.

Рис. 7. Элементы зон предельного напряженного состояния и соответствующие им многоугольники сил.

Рис. 8. Продолжение графической последовательности расчета несущей способности многослойного основания.

Рис. 9. Продолжение последовательности

3. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ОДНОРОДНЫХ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Надежность основания по несущей способности определяется как вероятность непотери устойчивости по формуле

                                          (63)

где  - среднее значение несущей способности

         - среднее значение результирующей приведенной нагрузки;

v_R - среднеквадратическое отклонение величины результирующей приведенной нагрузки на основание, передаваемой сооружением.

Коэффициенты

                          (65)

                           (66)

                           (67)

где `j, `c, `d - средние значения соответственно угла внутреннего трения, сцепления грунта основания и угла отклонения результирующей приведенной нагрузки от нормали;

v_j, v_c, v_d - их среднеквадратические отклонения;

                                      (68)

Для удобства расчетов Dj и Dd целесообразно принимать равными 1-2°, DС =10-20 кПа (0,1-0,2 кг/см²) однако не более соответственно v_j, v_c, v_d.

Определение R*(…) в выражениях (65-68) ведется для тех значений аргументов, которые указаны в скобках, в соответствии с зависимостями Приложения I.

Ф*(x) - функция, значения которой следует определять по табл. 8.

Пример расчета. Исходные данные: `R=30000 кН/м, v<sub>R</sub>=3000 кН/м, d=10 м, g=10 кН/м<sup>3</sup>, q=100 кПа, `j=30°, `d=10°, `c=150 кПа, v_j=2°, v_d=2°, v_c=20 кПа. Принимаем Dj=2°, Dd=1°, DС=10 кПа.

Вычисляем: j₁=32°, j₂=28°, С₁=160 кПа, С₂=140 кПа, d₁=11°, d₂=9°, R*(`j, c, d<sub>2</sub>)=54198 кН/м, R*(j<sub>1</sub>, `c, `d)=65040 кН/м, R*(j<sub>2</sub>, `c, `d)=45653 кН/м, R*(`j, `c, d<sub>1</sub>)=52013 кН/м, R*(`j, c, d₁)=56396 кН/м, R*(`j, c<sub>1</sub>, `d)=56477 кН/м, R*(`j, c<sub>2</sub>, `d)=51919 кН/м, x=2,02, Р=0,9782.

Таблица 10

 

 

Приложение 4
Справочное

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ ОСНОВАНИЙ РЕАКТОРНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ

1. Состав и объемы натурных наблюдений устанавливаются проектом натурных наблюдений и исследований, который являются неотъемлемой частью проекта реакторного отделения и включают в себя:

программу;

проект размещения КИА;

инструкцию по проведению наблюдений;

критерии оценки состояния основания и сооружения;

смету.

2. Программой натурных наблюдений и исследований должны быть определены их задачи, состав, сроки и объем. Программа должна охватывать все виды наблюдений и исследований, проводимых на объекте в строительный, пусковой и эксплуатационный периоды.

3. Проект разрешения КИА составляется в соответствии с программой и в нем должны быть установлены тип и конструкция измерительных приборов, оборудования и устройств, определено их размещение, коммутация, коммуникации, наблюдательные пульты.

4. Инструкцией должны быть определены методы установки и режим эксплуатации приборов и измерительных устройств, методика проведения измерений, методика обработки данных и состав отчетной документации.

5. Оценка состояния основания и сооружения по данным наблюдений должна производиться по критериям, которые разрабатываются проектом для строительного, пускового и эксплуатационного периодов. В качестве критериев рекомендуется устанавливать предельно допустимые величины осадок и кренов в различные периоды, уровни и химический состав подземных вод и т.д.

6. Смета должна включать стоимость натурных наблюдений в строительный и пусковой периоды, а также стоимости наблюдений и исследований в период эксплуатации.

7. Натурные наблюдения разделяются на контрольные и специальные.

Проведение контрольных наблюдений с помощью КИА на всех реакторных отделениях обязательно в строительный, пусковой и эксплуатационной периоды.

К контрольным наблюдениям следует относить:

периодическое нивелирование контрольных марок;

наблюдения за режимом работы противофильтрационных и дренажных устройств.

Специальные натурные наблюдения и исследования рекомендуется проводить на реакторных отделениях, имеющих существенные особенности в конструкции, геологии и гидрогеологии основания.

К специальным следует относить наблюдения, предназначенные для проверки проектных изучение отдельных вопросов проектирования и строительства, а также решения научных задач. Специальные наблюдения в основаниях реакторных отделений проводятся для изучения:

парового давления при консолидации глинистых грунтов;

деформаций и напряжений на контакте сооружения с основанием;

послойных перемещений (осадки и горизонтальные смещения) в толще основания;

изменение химического состава подземных вод;

сейсмических воздействий.

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗРАБОТАНЫ институтом "Атомэноргопроект" Минатомэнерго" СССР (И.А.Бердичевский - руководитель темы, Н.К.Архангельский, А.К.Беляничев, М.Л.Клоницкий, В.В.Майборода, Г.Ф.Нестеренко, В.С.Трифонова, Б.Л.Горловский, д-р техн. наук А.Е.Саргсян, канд. техн. наук М.Ю.Гарицелов);

НИИОСПом им. Горсеванова Госстроя СССР (д-р техн. наук В.А.Ильичев - руководитель темы, д-р техн. наук К.Е.Егоров, канд. техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук Л.Р.Ставницер);

ВНИИГом им. Веденеева Минэнерго СССР (д-р техн. наук А.Л.Гольдин - руководитель темы, канд. техн. наук Д.Д.Сапегин, канд. техн. наук Р.А.Ширяев, Т.Ф.Липовецкая);

МИСИ им. Куйбышева Минвуза СССР (д-р техн. наук С.Б.Ухов - руководитель темы, д-р техн. наук  З.Г.Тер-Мартиросян, канд. техн. наук И.В.Дудлер);

КИСИ Минвуза УССР (канд. техн. наук И.П.Бойко - руководитель темы);

ОИИМФ Минморфлота СССР (д-р техн. наук И.И.Яковлев - руководитель темы, канд. техн. наук Школа А.В.).

ВНЕСЕНЫ И ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ институтом "Атомэнергопроект" Минатомэнерго СССР

СОГЛАСОВАНО: с ГОССТРОЕМ СССР

с ГОСАТОМЭНЕРГОНАДЗОРОМ

с ГКАЭ

с Минэнерго СССР