Свод правил СП 358.1325800.2017 "Сооружения гидротехнические. Правила проектирования и строительства в сейсмических районах" (утв. приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 26 декабря 2017 г. N 1720/пр)

Hydraulic structures. Rules of design and construction in seismic-prone regions

Дата введения - 27 июня 2018 г.
Введен впервые

ГАРАНТ:

Настоящий Свод правил введен в действие через 6 месяцев со дня издания приказа Минстроя России от 26 декабря 2017 г. N 1720/пр

Введение

Настоящий свод правил составлен с учетом требований федеральных законов от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", от 29 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Дату названного Федерального закона N 384-ФЗ следует читать как "от 30 декабря 2009 г."

Работа выполнена авторским коллективом Акционерного общества "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева" (АО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева") (д-р техн. наук Е.Н. Беллендир, д-р техн. наук В.Б. Глаговский, д-р техн. наук А.А. Храпков, канд. техн. наук А.П. Пак, канд. техн. наук М.С. Ламкин) при участии "Центра службы геодинамических наблюдений в электроэнергетической отрасли" (ЦСГНЭО) - филиала АО "Институт Гидропроект" (д-р физ.-мат. наук А.И. Савич, канд. техн. наук В.В. Речицкий, канд. физ.-мат. наук А.Г. Бугаевский, канд. геол.-минерал. наук А.Л. Стром).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование, строительство новых и реконструируемых напорных и безнапорных гидротехнических сооружений в сейсмических районах.

Настоящий свод правил распространяется на следующие гидротехнические сооружения: плотины, дамбы, водоприемники, поверхностные и донные водосбросы, каналы, гидротехнические туннели, напорные трубопроводы, сооружения на деривационных трактах, шлюзы, судоподъемники, направляющие и причальные сооружения, рыбопропускные сооружения, берегоукрепительные сооружения, причальные пирсы и стенки, волноломы, доки, подземные сооружения гидроэлектрических станций, гидротехнические сооружения тепловых и атомных станций, а также на сооружения, возводимые на шельфе.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

СП 14.13330.2014 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах" (с изменением N 1)

СП 23.13330.2011 "СНиП 2.02.02-85* Основания гидротехнических сооружений" (с изменением N 1)

СП 39.13330.2012 "СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов" (с изменением N 1)

СП 40.13330.2012 "СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные"

СП 41.13330.2012 "СНиП 06.08-87 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений"

СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины, определения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем своде правил применены термины по СП 14.13330, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 временной анализ: Метод расчета, в котором для каждой из точек наблюдения искомые параметры (смещения, деформации, напряжения и т.д.) определяются на всем временном интервале, отвечающем процессу прохождения сейсмической волны.

3.1.2 детальное сейсмическое районирование; ДСР (здесь): Комплекс сейсмологических и сейсмотектонических исследований по оценке сейсмической опасности методами, позволяющими на рассматриваемой территории обеспечить выделение зон возникновения очагов землетрясений более низких рангов по сравнению с зонами, выделяемыми при общем сейсмическом районировании. Масштаб карт ДСР - 1:500 000 - 1:200 000.

3.1.3 инструментальный метод сейсмического микрорайонирования;

СМР: Метод учета влияния локальных особенностей строения и свойств верхней части грунтовой толщи основания на интенсивность сотрясения и кинематические параметры землетрясения на районируемой площадке с помощью прямых сейсмометрических наблюдений.

3.1.4 интенсивность землетрясения: Оценка воздействия землетрясения в баллах действующей макросейсмической шкалы, определяемая по макросейсмическим описаниям разрушений и повреждений природных объектов, грунта, зданий и сооружений, движений тел, а также по наблюдениям и ощущениям людей.

3.1.5 исходная сейсмичность: Сейсмичность площадки гидротехнического сооружения, определяемая для нормативных периодов повторяемости и средних грунтовых условий с помощью ДСР или уточнения исходной сейсмичности (или принятая равной нормативной сейсмичности).

3.1.6 линейный временной анализ: Временной анализ, при котором материалы сооружения и грунты основания принимаются линейно-упругими, а геометрическая и конструктивная нелинейности в поведении системы "сооружение - основание" отсутствуют.

3.1.7 магнитуда: Энергетическая оценка землетрясения, относящаяся к его очагу и не зависящая от пункта наблюдения; вычисляется по показаниям сейсмографов и выражается безразмерной величиной в целых и десятичных числах в логарифмической шкале.

3.1.8 максимальное расчетное землетрясение; МРЗ: Землетрясение (сейсмическое воздействие) максимальной интенсивности на площадке строительства со средней повторяемостью один раз в 5000 лет для водоподпорных сооружений классов I, II и III и морских нефтегазопромысловых сооружений и повторяемостью один раз в 1000 лет - для всех остальных гидротехнических сооружений.

3.1.9 метод расчета по динамической теории (метод расчета по ДТ): Метод расчета на воздействие, заданное в форме акселерограмм колебаний грунта в основании сооружения, путем численного интегрирования уравнений движения.

3.1.10 метод расчета по линейно-спектральной теории (метод расчета по ЛСТ): Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются по коэффициентам динамичности (или по спектрам отклика) в зависимости от частот и форм собственных колебаний конструкции.

3.1.11 метод расчета по статической теории (метод расчета по СТ): Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяются произведением массы конструкции (или рассматриваемого объема грунта) на абсолютное ускорение этой конструкции (или указанного объема грунта).

3.1.12 нелинейный временной анализ: Временной анализ, при котором учитывается зависимость механических характеристик материалов сооружения и грунтов основания от уровня напряжений и характера динамического воздействия, а также возможны геометрическая и конструктивная нелинейности в поведении системы "сооружение - основание".

3.1.13 нормативная сейсмичность: Сейсмичность района нахождения гидротехнического сооружения, определяемая для нормативных периодов повторяемости расчетного землетрясения по картам ОСР-2015.

3.1.14 общее сейсмическое районирование; ОСР: Оценка сейсмической опасности на территории всей страны, принимаемая в качестве нормативной сейсмичности районов. Масштаб карт ОСР - 1:2 500 000 - 1:8 000 000.

3.1.15 проектное землетрясение; ПЗ: Землетрясение (сейсмическое воздействие) максимальной интенсивности на площадке строительства с повторяемостью один раз в 500 лет для всех гидротехнических сооружений.

3.1.16 расчетный метод сейсмического микрорайонирования (расчетный метод СМР): Метод учета влияния локальных особенностей строения и свойств верхней части грунтовой толщи основания на интенсивность сотрясений и кинематические параметры землетрясения на районируемой площадке, основанный на полуэмпирических соотношениях и (или) теоретических расчетах прохождения сейсмических волн через модель слоистой среды, построенную по данным инженерно-геологических и инструментальных геофизических исследований.

3.1.17 сейсмический район: Район с установленными и возможными очагами землетрясений, вызывающими на площадке гидротехнического сооружения сейсмические воздействия интенсивностью 6 баллов и более.

3.1.18 сейсмическое микрорайонирование; СМР: Комплекс инженерно-геологических и сейсмометрических работ по прогнозированию влияния особенностей строения приповерхностной части разреза (строение и свойства, состояние пород, характер их обводненности, рельеф и т.п.) на сейсмический эффект и параметры колебаний грунта на площадке. Под приповерхностной частью разреза понимается верхняя толща пород, существенно влияющая на интенсивность землетрясения. Как правило, масштаб карт СМР - 1:10 000 - 1:2 000. Масштаб СМР устанавливается заданием на проектирование.

3.1.19 сейсмическое районирование (здесь): Картирование сейсмической опасности (определение сейсмичности рассматриваемых территорий) с помощью комплекса сейсмологических, геологических и геофизических методов и основанное на выявлении зон возможных очагов землетрясений и определении сейсмического эффекта, создаваемого ими на земной поверхности.

3.1.20 сейсмичность площадки сооружения (строительства): Интенсивность расчетных сейсмических воздействий на площадке строительства с соответствующими категориями повторяемости за нормативный срок. Сейсмичность устанавливается в соответствии с картами сейсмического районирования и СМР площадки строительства и измеряется в баллах по действующей макросейсмической шкале.

3.1.21 спектр отклика однокомпонентной акселерограммы: Функция, связывающая между собой максимальное по модулю ускорение одномассового линейного осциллятора и соответствующий этому ускорению период (либо частоту) собственных колебаний того же осциллятора, основание которого движется по закону, определенному данной акселерограммой.

3.1.22 уточнение (определение) исходной сейсмичности; УИС (здесь): Комплекс сейсмологических и сейсмотектонических исследований, выполняемых в составе инженерных изысканий для определения возможных сейсмических воздействий, в том числе в инженерных терминах, на конкретные существующие и проектируемые сооружения повышенного уровня ответственности.

3.2 Сокращения

В настоящем своде правил применены следующие сокращения:

ВСНФ - водоподпорное сооружение в составе напорного фронта;

ГТС - гидротехническое сооружение;

ГЭС - гидроэлектростанция;

зона ВОЗ - зона возможных очагов землетрясений;

КИА - контрольно-измерительная аппаратура;

ЛСС - локальная сейсмологическая сеть;

МНГС - морское нефтегазопромысловое сооружение;

РА - расчетная акселерограмма;

УГВ - уровень грунтовых вод.

4 Общие положения. Определение нормативной, исходной и расчетной сейсмичности

4.1 Настоящий свод правил устанавливает требования для ГТС, размещаемых или расположенных в районах с нормативной сейсмичностью , равной 6 баллам и более по карте С (со средним периодом повторяемости воздействия один раз в 5000 лет) действующего комплекта карт ОСР.

4.2 Для обеспечения сейсмостойкости проектируемых, строящихся и эксплуатируемых ГТС требуется:

- выполнение комплекса расчетов по оценке прочности и устойчивости сооружений и их элементов с учетом взаимодействия ГТС с основанием и водохранилищем;

- применение конструктивных решений и материалов, повышающих сейсмостойкость ГТС;

- проведение на стадии проектирования водоподпорных сооружений классов I и II и МНГС исследований с задачей установления исходной и расчетной сейсмичности площадки строительства, наличия опасных процессов и явлений, связанных с сейсмичностью, определения расчетных сейсмических воздействий, получение, при необходимости, набора акселерограмм для этих воздействий;

- включение в проекты водоподпорных сооружений классов I и II отдельного раздела о проведении в процессе эксплуатации сооружения мониторинга опасных геодинамических явлений;

- обследование состояния ГТС и их оснований после каждого перенесенного землетрясения интенсивностью 5 баллов и более.

4.3 Все ГТС следует рассчитывать на два уровня сейсмических воздействий: МРЗ и ПЗ.

Гидротехнические сооружения должны воспринимать МРЗ без угрозы собственного разрушения, в том числе ВСНФ всех классов - без угрозы прорыва напорного фронта, а МНГС - без угрозы собственного разрушения и без угрозы повреждений, приводящих к выбросу в окружающую среду углеводородов.

Сейсмические воздействия уровня ПЗ должны восприниматься ГТС без угрозы для жизни и здоровья людей и с сохранением собственной ремонтопригодности (для ВСНФ - при любом предусмотренном правилами эксплуатации уровне верхнего бьефа). При этом допускаются остаточные смещения, деформации, трещины и иные повреждения.

Примечание - Морские портовые причальные сооружения классов I и II, а также оградительные сооружения класса I рассчитывают на два уровня сейсмических воздействий. Остальные портовые безнапорные сооружения допускается рассчитывать только на сейсмические воздействия уровня ПЗ.

4.4 При проектировании ГТС для определения нормативной сейсмичности района строительства необходимо использовать действующую систему нормативных карт ОСР либо список населенных пунктов Российской Федерации, расположенных в сейсмических районах (СП 14.13330). При этом используют карту:

- ОСР-С - при расчете на МРЗ водоподпорных сооружений классов I, II и III;

- ОСР-В - при расчете на МРЗ водоподпорных сооружений класса IV и безнапорных ГТС;

- ОСР-А - при расчете на ПЗ ГТС всех классов и видов.

4.5 Исходную сейсмичность площадки ВСНФ классов I и II и МНГС для МРЗ и ПЗ следует определять по результатам ДСР или методами УИС. При этом должна быть составлена сейсмотектоническая модель сейсмического района расположения объекта, содержащая карту основных зон ВОЗ с параметрами сейсмических воздействий (максимальные магнитуды, глубины очагов и эпицентральные расстояния, повторяемость землетрясений). Следует также установить параметры расчетных сейсмических воздействий из всех выделенных зон на площадке сооружения с определением значений максимальных пиковых ускорений. Должны быть приведены также сведения о наличии или отсутствии активных разломов и возможности склоновых смещений большого объема и их параметрах (приложение Е).

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "приложение Д"

Исходную сейсмичность площадок других ГТС допускается принимать равной:

- при расчете на МРЗ:

- для ВСНФ класса III - значению величины (карта ОСР-С);

- для ВСНФ класса IV и безнапорных ГТС - значению величины (карта ОСР-В);

- при расчете на ПЗ для ГТС всех классов и видов - значению величины (карта ОСР-А).

В случаях, когда нормативная сейсмичность района для требуемого периода повторяемости превышает 9 баллов, исходную сейсмичность площадки ГТС независимо от вида и класса ГТС следует определять на основе ДСР или УИС, при этом необходимо учитывать 4.8.

4.6 Расчетную сейсмичность площадки ГТС следует устанавливать исходя из исходной сейсмичности и с учетом данных СМР.

Расчетную сейсмичность принимают для уровней МРЗ и ПЗ.

Для ВСНФ классов I и II и МНГС исследования СМР следует выполнять инструментальными и расчетными методами, а для других ГТС допускается применять результаты инженерно-геологических и геофизических изысканий на площадке ГТС.

Расчетную сейсмичность площадок безнапорных ГТС всех классов, а также при соответствующем обосновании - подпорных ГТС класса IV допускается принимать по таблице 4.1 с использованием результатов инженерно-геологических изысканий на площадке ГТС.

Таблица 4.1 - Расчетная сейсмичность площадки сооружения

Категория грунта по сейсмическим свойствам	Описание грунта	Расчетная сейсмичность площадки ГТС при исходной сейсмичности площадки, баллы
		6	7	8	9	10
I	Скальные грунты всех видов (в том числе многолетнемерзлые в мерзлом и талом состоянии) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные грунты плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (многолетнемерзлые) грунты при температуре минус 2°С и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии); скорость распространения поперечных волн м/с; соотношение скоростей продольных и поперечных волн вне зависимости от степени водонасыщения	-	-	7	8	9
II	Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе многолетнемерзлые, кроме отнесенных к категории I; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к категории I; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести при коэффициенте пористости е < 0,9 - для глин и суглинков и е < 0,7 - для супесей; многолетнемерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I; м/с; для неводонасыщенных грунтов; для водонасыщенных грунтов	-	7	8	9	Св. 9
III	Пески рыхлые независимо от степени влажности и крупности; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести ; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести при коэффициенте пористости - для глин и суглинков и - для супесей; многолетнемерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допущение оттаивания грунтов основания); м/с; для неводонасыщенных грунтов; для водонасыщенных грунтов	7	8	9	Св. 9	Св. 9

Как при СМР, так и при инженерно-геологических изысканиях глубину слоя исследования сейсмических свойств грунта следует определять, исходя из особенностей геологического строения площадки, но не менее 40 м от подошвы сооружения (для сооружений классов III и IV, не входящих в состав напорного фронта, - не менее 30 м).

Категорию грунта и его физико-механические и сейсмические характеристики следует определять с учетом возможных техногенных изменений свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

В случаях, когда расчетную сейсмичность площадки определяют методами СМР, дополнительно следует устанавливать скоростные, частотные и резонансные характеристики грунта основания ГТС.

Примечания

1 В случаях, когда площадки ГТС сложены грунтами, по своему составу занимающими промежуточное положение между грунтами категорий I и II или II и III (например, основание сооружения представлено слоистыми грунтами), дополнительно к категориям грунта, указанным в таблице 4.1, допускается введение категорий I-II и II-III соответственно. При этом расчетную сейсмичность площадки при грунтах категории I-II принимают как при грунтах категории II, а при грунтах категории II-III - как при грунтах категории III.

2 На период нахождения водохранилища в опорожненном состоянии (например, в строительный или ремонтный периоды) расчетную сейсмичность площадки водоподпорных ГТС при соответствующем обосновании допускается понижать на 1 балл.

4.7 На ранних стадиях проектирования при выборе площадки ГТС исходную сейсмичность надлежит определять согласно указаниям 4.5, а расчетную сейсмичность допускается уточнять по таблице 4.1 на основании результатов инженерно-геологических изысканий.

4.8 Строительство ГТС на площадках с расчетной сейсмичностью более 9 баллов, а также с расчетной сейсмичностью 9 баллов, но при наличии на площадке ГТС грунтов категории III по сейсмическим свойствам, следует осуществлять в соответствии с требованиями [2].

4.9 Проектировать здания ГЭС руслового, приплотинного и деривационного типов следует в соответствии с указаниями разделов 5-8. При этом здания всех типов следует рассматривать в качестве ВСНФ (6.3).

4.10 Проектировать надводные здания, крановые эстакады, опоры линий электропередачи и другие строительные конструкции, входящие в состав гидроузлов, следует в соответствии с СП 14.13330; при этом расчетную сейсмичность площадки ГТС следует принимать в соответствии с настоящим сводом правил.

В случае размещения этих объектов на ГТС или в контакте с ними сейсмическое воздействие должно задаваться движением, передаваемым со стороны основного сооружения.

5 Сейсмические воздействия и определение их характеристик

5.1 Сейсмические воздействия следует учитывать в тех случаях, когда значение величины составляет 7 баллов и более для уровня МРЗ.

Примечание - Сейсмические воздействия входят в состав особых сочетаний нагрузок и воздействий (СП 58.13330).

5.2 Для ГТС значение среднего периода повторяемости МРЗ принимают равным:

5000 лет - для водоподпорных сооружений классов I, II и III;

1000 лет - для МНГС, водоподпорных сооружений класса IV и безнапорных ГТС.

Значение среднего периода повторяемости ПЗ для всех ГТС принимают равным 500 лет.

Примечание - Для морских портовых причальных сооружений классов I и II, а также для оградительных сооружений класса I, рассчитываемых на два уровня сейсмических воздействий, допускается принимать лет и лет. Для остальных портовых безнапорных сооружений, относительно которых принято решение рассчитывать только на ПЗ, допускается принимать лет.

5.3 Расчетные сейсмические воздействия при применении ДТ (см. 6.2) должны задаваться РА, масштабированными (при необходимости) по величинам максимальных пиковых ускорений основания при МРЗ и при ПЗ. Следует подбирать РА также с учетом данных о скоростных, частотных и резонансных характеристиках грунтов, залегающих в основании сооружения. Непосредственно для расчетов следует задавать две горизонтальные (Г1 и Г2) и вертикальную (В) компоненты РА.

Следует применять РА:

- из числа записей, произведенных на площадке или в районе сооружения;

- аналоговые из числа записей, сделанных в районах, сходных с районом площадки строительства по сейсмотектоническим, геологическим и другим сейсмологическим условиям;

- синтезированные, сформированные в соответствии с указанными ниже расчетными параметрами сейсмического воздействия (для МРЗ и ПЗ соответственно):

- общая длительность сейсмических колебаний или ;

- длительность фазы сейсмических колебаний основания или ;

- период колебаний с максимальным пиковым ускорением или ;

- преобладающий период колебаний или .

При этом спектр отклика синтезированной акселерограммы не должен быть ниже огибающей спектров отклика отобранных аналоговых акселерограмм во всем диапазоне учитываемых частот сейсмических колебаний.

Приведенные параметры следует задавать в виде своих компонент Г1, Г2 и В.

Примечание - Объем и состав сейсмологических и сейсмотектонических исследований окончательно устанавливает проектно-изыскательская организация и согласовывает заказчик.

5.4 Для ВСНФ классов I и II и МНГС значения максимальных пиковых ускорений основания и следует определять при выполнении исследований по установлению для этих сооружений значения расчетной сейсмичности (4.5, 4.6). Величины и в этом случае должны иметь обеспеченность не менее 50%, а их нижнюю границу определяют согласно указаниям 6.7.

Для ВСНФ классов III и IV и безнапорных ГТС значения пиковых ускорений и следует принимать не менее значений, указанных в 6.7.

5.5 Расчетные сейсмические воздействия при использовании ЛСТ (см. 6.2) следует определять в соответствии с указаниями 6.10.

5.6 Расчетные сейсмические воздействия при использовании СТ (см. 6.2) следует определять в соответствии с указаниями 6.15.

5.7 В расчетах ГТС и их оснований учитывают следующие сейсмические нагрузки:

- распределенные по объему сооружения и его основания (а также боковых засыпок и наносов) инерционные силы интенсивностью

,

где - плотность материала в точке наблюдения х с координатами (в общем случае) , , по осям 1, 2, 3 соответственно;

- вектор ускорения точки х в момент времени t в абсолютном движении системы "сооружение-основание";

- распределенное по поверхности контакта сооружения с водой гидродинамическое давление, вызванное инерционным влиянием колеблющейся с сооружением части жидкости;

- гидродинамическое давление, вызванное возникшими при землетрясении волнами на поверхности водоема.

В необходимых случаях учитывают взаимные подвижки блоков в основании сооружения, вызванные прохождением сейсмических волн через неоднородное основание.

Учитывают также возможные последствия таких связанных с землетрясениями явлений, как:

- смещения по активным тектоническим разломам;

- проседание грунта;

- обвалы и оползни в створе сооружения в зоне водохранилища, а также в нижнем и верхнем бьефах гидроузла, если в этих случаях они способны вызвать подтопление здания ГЭС и прорывные паводки большого объема;

- разжижение грунта.

Отказ от учета инерционных свойств основания допускается при специальном обосновании.

6 Расчетные сейсмические воздействия. Требования к расчетам гидротехнических сооружений на сейсмические воздействия

6.1 Для оценки сейсмостойкости ГТС следует формировать особые сочетания нагрузок и воздействий, включающие в себя нагрузки и воздействия основного сочетания и особые нагрузки от сейсмического воздействия.

При расчете сооружения на действие МРЗ в особое сочетание нагрузок и воздействий включают нагрузку от сейсмического воздействия интенсивностью, отвечающей МРЗ. При этом оценку прочности и устойчивости следует выполнять в соответствии с 4.3. В этих случаях допускается принимать для всех сооружений значение коэффициента надежности по ответственности сооружения, равное 1,10.

При расчете сооружения на действие ПЗ в особое сочетание нагрузок и воздействий включают нагрузку от сейсмического воздействия интенсивностью, отвечающей ПЗ. При этом оценку прочности и устойчивости выполняют с применением критериев, принятых в нормативных документах на проектирование ГТС отдельных видов и соответствующих требованиям, предъявляемым к сооружениям при расчете их на ПЗ (4.3).

Для оценки сейсмостойкости ГТС допускается также использовать методы математической теории надежности (приложение Б).

6.2 При расчете сейсмостойкости ГТС в зависимости от вида ГТС и его класса используют методы различных теорий сейсмостойкости (ДТ, ЛСТ и СТ).

6.3 Водоподпорные сооружения и МНГС следует рассчитывать методами ДТ. Водоподпорные ГТС классов III и IV допускается рассчитывать методами ЛСТ.

Безнапорные ГТС допускается рассчитывать методами ЛСТ.

Примечания

1 Перечень сооружений, относящихся к ВСНФ, может быть расширен по усмотрению проектной организации за счет зданий ГЭС, напорных трубопроводов большого диаметра и иных объектов, разрушение которых по своим последствиям идентично прорыву напорного фронта.

2 При выборе оптимальных проектных решений для опорных блоков МНГС оценку характера взаимодействия с грунтовыми основаниями допускается выполнять с использованием методов ЛСТ и СТ.

6.4 Расчет сейсмостойкости напорных ГТС, класс которых определен в зависимости от их социально-экономической ответственности и условий эксплуатации (СП 58.13330), допускается, при надлежащем обосновании, выполнять на уровни сейсмических воздействий методами, соответствующими классам, определенным для этих ГТС в зависимости от их высоты и типа грунтов оснований.

6.5 Гидротехнические сооружения рассчитывают методами ДТ на МРЗ и ПЗ с применением нелинейного или линейного временного динамического анализа.

Временной динамический анализ (линейный и нелинейный) проводят в рамках динамической теории упругости с применением пошагового интегрирования рассматриваемых уравнений.

Линейный динамический анализ допускается выполнять также методом разложения решения в ряд по формам собственных колебаний сооружения.

В случае применения линейного динамического анализа максимальные и минимальные значения смещений (деформаций, напряжений и усилий) за весь рассматриваемый временной интервал следует алгебраически суммировать со значениями указанных величин от остальных факторов, образующих рассматриваемое особое сочетание нагрузок и воздействий.

6.6 В расчетах сейсмостойкости ГТС с применением ДТ сейсмическое ускорение основания задается, как правило, РА землетрясения, представляющей собой в общем случае однокомпонентную, двухкомпонентную или трехкомпонентную (j = 1, 2, 3) функцию времени . При этом смещения (деформации, напряжения и усилия) определяют на всем временном интервале сейсмического воздействия на сооружение.

Примечания

1 В качестве исходного сейсмического воздействия допускается задавать также велосиграммы либо сейсмограммы.

2 В расчетах сейсмостойкости протяженных ГТС (бетонные плотины, грунтовые плотины и дамбы) с применением линейного динамического анализа при соответствующем обосновании допускается использование методик, учитывающих неравномерное движение основания по длине сооружения при прохождении сейсмической волны.

6.7 Расчеты ГТС по ДТ следует выполнять на РА с максимальными пиковыми ускорениями в основании сооружения

. (1)

Значения соответствующих ускорений ( расчете сооружений на МРЗ и при расчете сооружений на ПЗ) для сооружений со сроком службы более 50 лет не должны быть меньше определяемых по нижеследующим формулам:

- при расчете на МРЗ:

ВСНФ классов I и II

; (2)

ВСНФ класса III

; (3)

МНГС, ВСНФ класса IV и безнапорных ГТС

; (4)

- при расчете на ПЗ:

ВСНФ классов I и II и МНГС

; (5)

ВСНФ класса III

; (6)

ВСНФ класса IV и безнапорных сооружений

. (7)

В формулах (2) - (7) , и - значения параметров расчетных ускорений основания в долях g (g = 9,81 ), определенные для землетрясений с расчетными периодами повторяемости , и соответственно. Значения параметров расчетных ускорений , и в зависимости от значения исходной сейсмичности площадки строительства , расчетной сейсмичности и реальных грунтовых условий на данной площадке ГТС приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Значения параметров расчетных ускорений А

Категория грунта	, баллы
	6		7		8		9		10
	, баллы	А	, баллы	А	, баллы	А	, баллы	А	, баллы	А
I	-	-	-	-	7	0,12	8	0,24	9	0,48
I-II	-	-	7	0,08	8	0,16	9	0,32	-	-
II	-	-	7	0,10	8	0,20	9	0,40	-	-
II-III	7	0,06	8	0,13	9	0,25	-	-	-	-
III	7	0,08	8	0,16	9	0,32	-	-	-	-
Примечания 1 имеет значения: , и . 2 имеет значения: , и . 3 А имеет значения: , и .

Для сооружений со сроком службы не более 50 лет значения и , определенные по формулам (2) - (7), следует умножить на коэффициент 0,9.

Примечания

1 Для морских портовых причальных сооружений классов I и II, а также оградительных сооружений класса I, рассчитываемых на два уровня сейсмических воздействий, допускается принимать лет и лет. Для остальных портовых безнапорных сооружений, относительно которых принято решение рассчитывать только на ПЗ, допускается принимать лет.

2 Для морских портовых причальных сооружений классов I и II, а также оградительных сооружений класса I, рассчитываемых на два уровня сейсмических воздействий, допускается принимать и определять значение из условия лет. Для остальных портовых безнапорных сооружений, относительно которых принято решение рассчитывать только на ПЗ, значение допускается определять из условия лет.

6.8 На предварительной стадии проектирования в качестве расчетных ускорений следует использовать ускорения, определенные в 6.7.

6.9 При выполнении динамического анализа сейсмостойкости ГТС следует применять значения параметров затухания (в долях от критического) , установленные на основе динамических исследований поведения ГТС при сейсмических воздействиях.

При отсутствии экспериментальных данных о реальных значениях параметров затухания в расчетах сейсмостойкости допускается применять параметры затухания , доли от критического, не превышающие:

0,01 - для стальных сооружений и элементов сооружений;

0,05 - для бетонных и железобетонных сооружений и элементов сооружений;

0,15 - для сооружений из грунтовых материалов;

0,08 - для скальных пород оснований;

0,12 - для полускальных и нескальных грунтов оснований.

Допускается также определение значений параметра затухания для грунтов оснований и грунтовых материалов с использованием данных о динамических характеристиках грунтов (в том числе данных о логарифмическом декременте поглощения энергии колебания), приведенных в приложении В.

6.10 В расчетах сооружений по ЛСТ материалы сооружения и основания принимаются линейно-упругими; геометрическая, конструктивная или физическая нелинейность также отсутствует.

Сейсмическое ускорение основания задается постоянной во времени векторной величиной , модуль которой принимают равным значению максимального пикового ускорения [см. формулу (1)], а конкретные значения величин и определяют в соответствии с указаниями 6.7.

6.11 В тех случаях, когда при расчете сейсмостойкости ГТС по ЛСТ расчетная область системы "сооружение - основание" разбита на конечные элементы, в качестве сейсмических нагрузок используют узловые инерционные силы , действующие на элемент сооружения, отнесенный к узлу k, при i-й форме собственных колебаний.

В общем случае значения компонент узловых сил по трем (j = 1, 2, 3) взаимно ортогональным направлениям определяют по формуле

, (8)

где - коэффициент, зависящий от степени повреждений, допускаемых в сооружении при землетрясении;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты сооружения на значение узловых инерционных сил;

- коэффициент, учитывающий демпфирующие свойства конструкций;

- масса элемента сооружения, отнесенного к узлу к (с учетом присоединенной массы воды);

- сейсмическое ускорение основания;

(или )- коэффициент динамичности, соответствующий периоду собственных колебаний сооружения по i-й форме колебаний;

- коэффициент формы собственных колебаний сооружения по i-й форме колебаний, определяемый по формуле

, (9)

здесь - проекции по направлениям j смещений узла k по i-й форме собственных колебаний сооружения;

- косинусы углов между направлениями вектора сейсмического воздействия и перемещениями ;

- масса элемента сооружения, отнесенного к узлу s (с учетом присоединенной массы воды).

Примечание - Указанные в пункте коэффициенты следует учитывать аналогичным образом в расчетах по методикам, позволяющим определять смещения, деформации, напряжения и усилия, возникающие в сооружении под влиянием сейсмического воздействия, без предварительного нахождения сейсмических нагрузок.

6.12 Значение коэффициента принимают равным:

0,45 - для бетонных и железобетонных ГТС;

0,30 - для ГТС из грунтовых материалов;

0,25 - для портовых безнапорных ГТС.

Коэффициент для водоподпорных ГТС всех типов принимают равным:

0,8 - для ГТС высотой до 60 м;

1,0 - высотой более 100 м;

по линейной интерполяции от 0,8 до 1,0 - при высоте сооружения более 60 до 100 м;

1,0 - для всех других ГТС.

Значение коэффициента для водоподпорных ГТС следует принимать:

0,9 - для бетонных и железобетонных ГТС;

0,7 - для ГТС из грунтовых материалов.

Для ГТС других видов значения коэффициента допускается принимать на основе опыта проектирования таких сооружений с учетом сейсмических воздействий.

6.13 Значения коэффициента динамичности определяют по зависимостям (10) - (12) или графикам на рисунке 6.1:

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "рисунке 1"

, ; (10)

, ; (11)

, , (12)

где , , - параметры, значения которых даны в таблице 6.2.

Примечания

1 Значения произведения , , должны составлять не менее 0,80.

2 Расчеты сейсмостойкости ГТС методами ЛСТ допускается также выполнять с использованием спектров отклика однокомпонентных РА, при регламентируемых в 6.8 значениях параметров затухания колебаний.

Таблица 6.2

Категория грунтов по сейсмическим свойствам
I, I-II и II	2,5	0,10	0,40
II-III и III	2,5	0,10	0,80

6.14 При расчете сейсмостойкости ГТС по ЛСТ расчетные значения возникающих в сооружении величин смещений, деформаций, напряжений и усилий с учетом всех учитываемых в расчете форм собственных колебаний сооружений следует определять по формуле

, (13)

где W - обобщенное значение расчетных величин смещений, деформаций, напряжений или усилий, возникших в рассматриваемых точках или сечениях под влиянием сейсмических воздействий;

- обобщенное значение величин смещений, деформаций, напряжений или усилий, возникших в рассматриваемых точках или сечениях под влиянием сейсмических нагрузок (сил), соответствующих i-й форме собственных колебаний;

q - число учитываемых в расчетах форм собственных колебаний.

6.15 В расчетах ГТС по СТ интенсивность объемных сейсмических сил в точке k области определяют по формуле

, (14)

где - см. 6.11, формула (8);

- плотность материала;

- сейсмическое ускорение основания.

Сейсмическую силу , определяемую для элемента k конструкции, находят по формуле

, (15)

где - масса элемента конструкции k.

Сейсмическое ускорение основания в формулах (14) и (15) является постоянной во времени векторной величиной, модуль которой принимают равным значению максимального пикового ускорения [см. формулу (1)]; конкретные значения величин и определяют в соответствии с указаниями 6.7.

6.16 Плотность материалов ГТС и грунтов оснований следует определять по СП 23.13330, СП 39.13330, СП 40.13330, СП 41.13330. При этом плотность материалов и грунтов устанавливают с учетом степени их водонасыщения.

6.17 Расчеты сейсмостойкости выполняют с учетом динамических деформационных и прочностных характеристик материалов ГТС и грунтов оснований. Значения данных характеристик при расчете сейсмостойкости ГТС классов I и II следует определять экспериментально; для ГТС классов III и IV допускаются применение справочных данных, а также использование данных о динамических характеристиках грунтов оснований и грунтовых материалов, приведенных в приложении Г.

Для ГТС всех классов допускается применять данные натурных исследований, в том числе:

- результаты геофизического мониторинга тела и основания плотины (Г.3 приложения Г), при этом известные корреляционные зависимости применяют для перехода от данных, отвечающих частотному спектру колебаний при геофизических изысканиях, к прогнозируемому частотному спектру колебаний в расчетном сейсмособытии;

- фактические собственные частоты колебаний сооружения, измеренные в ходе тестовых динамических испытаний (8.3) или в процессе стационарных инженерно-сейсмометрических наблюдений (Г.3 приложения Г);

- данные прочностных испытаний и неразрушающего контроля для тела плотины и основания.

6.18 В случае отсутствия соответствующих экспериментальных данных допускается применять корреляционные связи между значениями статического модуля общей деформации (или статического модуля упругости ) и динамического модуля упругости , определяемого геофизическими методами. Допускается также применение статических прочностных характеристик материалов ГТС и грунтов основания; при этом следует вводить дополнительные коэффициенты, устанавливаемые нормами проектирования соответствующих сооружений для учета влияния на эти характеристики кратковременных динамических воздействий или принимаемые по результатам испытаний грунтов.

6.19 При наличии в основании, боковой засыпке или теле ГТС водонасыщенных несвязных или слабосвязных грунтов следует учитывать влияние возможных при сейсмических воздействиях разжижения грунтов, локальных разуплотнений и разрушений грунта (например, при наличии в указанных элементах сооружения глинистых тиксотропных грунтов следует учитывать возможность текучести этих грунтов).

6.20 Для ГТС из грунтовых материалов, а также для береговых склонов предельные значения допустимых остаточных деформаций и повреждений (осадки, смещения, трещины и т.д.), соответствующие состояниям ГТС, указанным в 4.3, следует назначать в результате специального обоснования с учетом природных условий площадки ГТС, особенностей конструкции и условий эксплуатации ГТС.

Сейсмостойкость ГТС на повторные сейсмические воздействия следует проверять по вторичным схемам.

На предварительных стадиях проектирования (при отсутствии оценок вероятности возникновения значимых повторных толчков на площадке рассматриваемого гидроузла) допускается проводить проверку сейсмостойкости при повторных землетрясениях с интенсивностью, уменьшенной по сравнению с интенсивностью расчетного землетрясения на 1 балл.

6.21 Для определения напряженно-деформированного состояния ГТС при сейсмических воздействиях следует применять расчетные схемы, соответствующие схемам для расчета сооружения на нагрузки и воздействия основного сочетания. При этом следует учитывать направление сейсмического воздействия относительно сооружения и пространственный характер колебаний сооружения при землетрясении.

Допускается для определенных сооружений применять двумерные расчетные схемы:

- расчеты по схеме плоской деформации - для гравитационных плотин, подпорных стен и других протяженных в плане сооружений;

- расчеты при схематизации указанных сооружений оболочками средней толщины, а также пластинами, работающими в срединной плоскости как изгибаемые плиты, - для арочных плотин и аналогичных им конструкций.

При обосновании допускается применять также одномерные расчетные схемы для конструкций стержневого типа.

6.22 Размеры расчетной области основания в совокупности с другими грунтовыми массивами следует назначать таким образом, чтобы при принятых размерах области основания была обеспечена необходимая точность результатов расчета. Размеры расчетной области, занятой грунтовыми массивами, должны позволить проявиться предельным состояниям, характерным как для сооружения, так и для грунтовых массивов.

Для ВСНФ расчетная область основания, как правило, по своей нижней границе (вдоль потока) должна иметь плановые размеры не менее 5H, а по глубине от подошвы сооружения - не менее 2H, где H - характерный размер сооружения (для водоподпорных сооружений H - высота сооружения).

Для ГТС других видов размеры расчетной области основания принимают проектные организации на основе опыта проектирования подобных сооружений.

Примечание - Если на глубине менее 2H находятся породы, характеризуемые скоростями распространения упругих сдвиговых волн не менее 1100 м/с, то допускается совместить подошву расчетной области основания с кровлей указанных пород.

6.23 В расчетах сейсмостойкости по ДТ для каждой из компонент вектора смещения в принятой расчетной схеме сейсмические воздействия определяют в виде акселерограмм, построенных по компонентам РА (с учетом их пространственной ориентации). Расчет проводят на совместное действие учитываемых компонент РА. При этом вычисленные значения величин смещения, деформации, напряжения, усилия, характеризующие состояние сооружения при его колебаниях по каждой компоненте вектора смещения в принятой расчетной схеме, суммируются алгебраически во все моменты времени расчетного периода или .

В расчетах сейсмостойкости ГТС по ЛСТ направление сейсмического воздействия следует выбирать таким образом, чтобы воздействие оказалось наиболее опасным для сооружения. При этом водоподпорные ГТС следует рассчитывать на сейсмические воздействия, в которых вектор принадлежит вертикальной плоскости, нормальной к продольной оси сооружения, а контрфорсные и арочные плотины - также и на воздействия, у которых вектор лежит в одной плоскости с продольной осью сооружения.

При отсутствии данных о соотношении горизонтальной и вертикальной компонент сейсмического воздействия допускается рассматривать два значения угла между вектором и горизонтальной плоскостью: 0° и 30°.

При определении вертикальной составляющей сейсмического воздействия следует принимать .

Отдельно стоящие ГТС, схематизируемые стержнями, следует рассчитывать на горизонтальные сейсмические воздействия в плоскостях наибольшей и наименьшей жесткости.

Протяженные туннели допускается рассчитывать на сейсмическое воздействие в плоскости, нормальной к оси туннеля.

6.24 Число форм собственных колебаний q, учитываемых в прочностных расчетах с использованием разложения решения по указанным формам, следует выбирать таким образом, чтобы выполнялись условия:

, (16)

, (17)

где - частота последней учитываемой формы собственных колебаний;

- минимальная частота собственных колебаний;

- частота, соответствующая пиковому значению на спектре отклика РА.

При этом число используемых форм колебаний должно составлять не менее 25.

Примечание - На ранних стадиях проектирования при соответствующем обосновании допускается учитывать меньшее число форм колебаний, чем указано в настоящем пункте.

6.25 В расчетах прочности ГТС с учетом сейсмических воздействий при контакте боковых граней сооружения с грунтом (в том числе с наносами) следует учитывать влияние сейсмических воздействий на значение бокового давления грунта.

Конкретные методы определения бокового давления грунта при учете сейсмического воздействия в расчетах прочности ГТС принимают проектные организации с учетом особенностей конструкции сооружения и условий их эксплуатации. При этом допускается использование СТ расчета ГТС на сейсмические воздействия (6.15).

6.26 Устойчивость ГТС и их оснований с учетом сейсмических нагрузок следует проверять в соответствии с указаниями СП 23.13330 и СП 39.13330.

В тех случаях, когда по расчетной схеме при потере устойчивости сооружение сдвигается совместно с частью грунтового массива, в расчетах устойчивости ГТС и их оснований следует учитывать грунтовые сейсмические силы в сдвигаемой части расчетной области основания. Избрание иных схем учета грунтовых сейсмических сил требует соответствующего обоснования.

Расчеты устойчивости ГТС, в основании которых присутствуют динамически неустойчивые грунты, склонные к разжижению при сейсмических воздействиях, а также расчеты устойчивости откосов грунтовых сооружений, котлованов и береговых склонов, представленных указанными грунтами, следует выполнять по ДТ.

В расчетах устойчивости ГТС инерционные нагрузки на сдвигаемую часть нескального основания, в котором отсутствуют динамически неустойчивые грунты, допускается определять при ускорениях перемещения основания, равных

, (18)

где - см. 6.11, формула (8);

g - ускорение свободного падения, ;

А - см. таблицу 6.1.

Сейсмическую нагрузку на скальные массивы, образующие береговые склоны, а также на грунтовые откосы, в которых отсутствуют динамически неустойчивые грунты, допускается определять по СТ (6.15).

Во всех случаях устойчивость сдвигаемых грунтовых областей (откосы сооружений из грунтовых материалов, склоны берегов и котлованов, засыпка подпорных стен, наносы, а также грунтовые массивы, слагающие основание) определяют из условия их предельного равновесия с учетом всех нагрузок и воздействий особого сочетания, включающего сейсмические воздействия. Конкретные методы определения предельного состояния сдвигаемых грунтовых массивов, в том числе и в случае бокового давления грунта при сдвиге, принимают проектные организации с учетом особенностей конструкций и условий эксплуатации ГТС.

Примечание - Если грунтовые массивы примыкают к боковым граням сооружения с двух сторон, то в расчетах устойчивости следует принимать, что сейсмические силы в обоих грунтовых массивах действуют в одном направлении и тем самым увеличивают общее давление грунта на одну из боковых граней сооружения и одновременно уменьшают давление на противоположную грань.

6.27 В тех случаях, когда при проектировании ГТС прогнозируется отложение у верховой грани сооружения наносов, следует учитывать влияние этих наносов в расчетах прочности и устойчивости сооружения при сейсмических воздействиях.

При этом следует принимать во внимание характерные особенности наносов как объекта расчета:

- переменная высота слоя наносов на разных временных этапах эксплуатации сооружения;

- возможность существенной неоднородности слагающих наносы грунтов и их физико-механических свойств по высоте слоя наносов;

- возможность изменения во времени состава и свойств грунтов, слагающих наносы.

Все основные характеристики состояния наносов у верховой грани ГТС для различных временных этапов эксплуатации сооружения должны быть определены при проектировании ГТС и уточнены в процессе эксплуатации объекта по данным натурных наблюдений и исследований. Особое внимание следует обращать на установление возможности разжижения грунтов наносов при сейсмических воздействиях и размеров зоны этого явления.

6.28 В створе сооружения, зоне водохранилища и нижнем бьефе подлежат проверке на устойчивость участки береговых склонов, потенциально опасные в отношении возможности обрушения при землетрясениях.

Для береговых склонов назначенный срок службы принимают равным максимальному для сооружений данного гидроузла.

6.29 В расчетах устойчивости ГТС, их оснований и береговых склонов следует учитывать возникающие под влиянием сейсмических воздействий дополнительное (динамическое) поровое давление, а также изменения деформационных, прочностных и других характеристик грунта в соответствии с 6.17 и 6.20.

6.30 Подземные ГТС класса I на сейсмические воздействия на уровнях МРЗ и ПЗ следует рассчитывать по ДТ. В этих случаях напряженно-деформированное состояние ГТС следует определять из единого динамического расчета системы, включающей подземное ГТС и вмещающую грунтовую среду.

При расчете подземных ГТС классов II- IV по СТ допускается учитывать раздельно:

а) сейсмическое давление грунта, вызванное прохождением в грунтовой среде сейсмических волн сжатия - растяжения и сдвига;

б) инерционные сейсмические нагрузки от массы конструкции подземного ГТС , определяемые из выражения

, (19)

и инерционные сейсмические нагрузки от массы соответствующего породного свода , определяемые из выражения

, (20)

где - см. 6.11, формула (8);

g - ускорение свободного падения, ;

А - см. таблицу 6.1;

- коэффициент, зависящий от глубины h заложения сооружения. При глубине заложения до 100 м значение изменяется от 1 до 0,5, а при глубине заложения больше 100 м значение следует принимать равным 0,5.

В расчетах подземных ГТС следует учитывать сейсмическое давление воды.

6.31 В расчетах ГТС на сейсмические воздействия при определении периодов собственных колебаний и сейсмических нагрузок следует учитывать инерционное влияние колеблющейся совместно с сооружением части жидкости.

С этой целью к массе сооружения, отнесенной к точке k на смоченной поверхности сооружения, добавляют массу колеблющейся воды. Присоединенную массу воды определяют для каждой из компонент вектора смещений в принятой расчетной схеме сооружения.

Сейсмическое давление воды на сооружение допускается не учитывать, если глубина водоема у сооружения менее 10 м.

6.32 При расчете ГТС на горизонтальную составляющую сейсмического воздействия присоединенную массу воды , приходящуюся на единицу площади их поверхности, следует определять по формуле

, (21)

где - плотность воды;

h - глубина воды у сооружения;

- безразмерный коэффициент присоединенной массы воды, определяемый по таблице 6.3;

- коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема и принимаемый для равным 1, а для - по таблице 6.4;

l - расстояние между сооружением и противоположным ему берегом водоема (для шлюзов и аналогичных сооружений - между противоположными стенками конструкции) на глубине 2h/3 от свободной поверхности воды.

Примечания

1 Для предварительного выбора характера колебаний сооружения по таблице 6.3 следует учитывать для бетонных и железобетонных плотин на нескальном основании колебания вращения и сдвига сооружения как жесткого тела, а для плотин из грунтовых материалов - деформации сдвига. В качестве расчетного следует принимать характер колебаний, приводящих к получению максимального значения присоединенной массы воды.

2 Если вода находится с двух сторон сооружения, ее присоединенную массу следует принимать равной сумме присоединенных масс воды, определяемых для каждой из сторон сооружения.

6.33 Для отдельно стоящих ГТС типа водозаборных башен и свай присоединенную массу воды, приходящуюся на единицу длины конструкции, следует определять по формуле

, (22)

где d - диаметр круглого или размер стороны квадратного поперечного сечения сооружения, м;

- коэффициент, определяемый по таблице 6.3.

6.34 В расчетах прочности и устойчивости безнапорных ГТС следует учитывать сейсмическое давление воды, значение которого допускается определять по формулам:

а) для жестких массивных оградительных и причальных портовых ГТС:

,

, (23)

;

б) для отдельно стоящих ГТС, перечисленных в 6.33:

,

, (24)

,

где р - ординаты эпюры гидродинамического давления, отнесенные к единице площади поверхности сооружения;

А - см. таблицу 6.1;

- см. 6.11, формула (8);

Р - суммарное гидродинамическое давление на единицу длины сооружения;

- глубина погружения точки приложения равнодействующей гидродинамического давления;

- ординаты эпюры гидродинамического давления, отнесенные к единице высоты отдельно стоящего сооружения;

- суммарное гидродинамическое давление на отдельно стоящее сооружение;

D, , - безразмерные коэффициенты, определяемые по таблице 6.3.

Примечание - Если вода находится с двух сторон сооружения, гидродинамическое давление следует принимать равным сумме абсолютных значений гидродинамических давлений, определенных для каждой из сторон сооружения.

Таблица 6.3 - Расчет коэффициентов по характеру движения сооружения

Характер движения сооружения	Коэффициенты
		D
1 Колебания вращения недеформируемого сооружения с вертикальной напорной гранью на податливом основании при
2 Горизонтальные поступательные перемещения недеформируемых сооружений:
- с вертикальной напорной гранью	R	R	0,543	0,6
- с наклонной напорной гранью			0,543 R	0,6
3 Горизонтальные поступательные перемещения недеформируемых сооружений с вертикальной напорной гранью в V-образном ущелье			-	-
4 Горизонтальные изгибные колебания сооружений консольного типа с вертикальной напорной гранью			-	-
5 Горизонтальные сдвиговые колебания сооружений консольного типа с вертикальной напорной гранью			-	-
6 Горизонтальные колебания отдельно стоящих вертикальных сооружений типа водозаборных башен и свай с круглой формой поперечного сечения
7 Горизонтальные колебания отдельно стоящих вертикальных сооружений типа водозаборных башен и свай с квадратной формой поперечного сечения
Примечания 1 Коэффициенты R, G, , , , - принимают по таблице 6.1; z - ордината точки напорной грани, для которой вычисляют значение присоединенной массы воды (начало координат принимают на уровне водной поверхности); - ордината центра вращения, определяемая из расчета сооружения без учета влияния водной среды; - угол наклона напорной грани к горизонтали; - диаметр поперечного сечения, м; - сторона квадрата поперечного сечения, м; a - отношение ускорения гребня, определяемого из расчета плотины без учета влияния водной среды, к величине ; h - см. 6.32. 2 В случае, когда угол наклона напорной грани и , значения безразмерных коэффициентов принимают, как для вертикальной напорной грани. 3 Значение безразмерного коэффициента для ключевого сечения симметричных арочных плотин принимают по таблице 6.5. Для остальных сечений арочной плотины значение этого коэффициента увеличивается линейно до в пятах. 4 Для случаев, не предусмотренных настоящей таблицей, присоединенную массу воды определяют дополнительными расчетами.

Таблица 6.4 - Коэффициент, учитывающий ограниченность длины водоема

Отношение l/h	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	0,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,5	3,0
Коэффициент	0,26	0,41	0,53	0,63	0,72	0,78	0,83	0,88	0,90	0,93	0,96	1,00

Таблица 6.5 - Значения коэффициентов, принимаемые в зависимости от отношения z/h

Безразмерные коэффициенты			Отношение z/h
			0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
R			0,23	0,36	0,47	0,55	0,61	0,66	0,70	0,72	0,74	0,74
G			0,12	0,23	0,34	0,45	0,55	0,64	0,72	0,79	0,83	0,85
		b/h = 3	0,22	0,38	0,47	0,53	0,57	0,59	0,61	0,62	0,63	0,64
		b/h = 2	0,22	0,35	0,41	0,46	0,49	0,52	0,53	0,54	0,54	0,55
		b/h = 1	0,21	0,29	0,35	0,38	0,41	0,43	0,44	0,45	0,45	0,44
	при всех отношениях b/h		0,08	0,15	0,18	0,22	0,23	0,23	0,22	0,20	0,18	0,15
			0,07	0,09	0,10	0,10	0,09	0,08	0,07	0,07	0,06	0,06
			0,04	0,09	0,13	0,18	0,23	0,28	0,34	0,38	0,42	0,43
			0,86	0,73	0,59	0,46	0,34	0,23	0,14	0,06	0,02	0
Примечание - Параметр b - ширина ущелья на уровне водной поверхности.

6.35 В напорных водоводах гидродинамическое давление следует определять по формуле

, (25)

где - скорость звука в воде, равная 1485 м/с;

- преобладающий период сейсмических колебаний грунта, значение которого принимают равным 0,5 с.

6.36 При расчете ГТС на вертикальную составляющую сейсмического воздействия следует учитывать дополнительное сейсмическое давление воды (ординаты давления) на наклонные грани ГТС, определяемое по формуле

, (26)

где z - расстояние от рассматриваемого сечения до водной поверхности;

- угол наклона напорной грани к вертикали.

6.37 Если в ложе водохранилища (или вблизи его) установлено наличие активных разломов, а также выявлены потенциально неустойчивые массивы на берегах водохранилища, то при назначении превышения гребня плотины над расчетным горизонтом водохранилища следует учитывать возможность возникновения на поверхности водохранилища волн сейсмического происхождения.

Определение высоты волны на поверхности водохранилища требует учета сейсмотектонических и других факторов (плановой формы водохранилища, расстояния между разломом и плотиной и т.д.).

6.38 При выполнении расчетов на сейсмические воздействия плотин высотой более 100 м рекомендуется учитывать такие факторы, как сжимаемость воды и поглощение энергии дном верхнего бьефа.

7 Мероприятия по повышению сейсмостойкости гидротехнических сооружений

7.1 При необходимости размещения сооружений на участке тектонического разлома основные сооружения гидроузла (плотины, здания ГЭС, водосбросы) следует размещать на едином структурно-тектоническом блоке, в пределах которого исключена возможность взаимных подвижек частей сооружения.

При невозможности исключения взаимных подвижек частей сооружения в проекте должны быть разработаны специальные конструктивные мероприятия, позволяющие воспринять дифференцированные подвижки без ущерба для безопасности сооружения.

7.2 Строительство ВНСФ (см. примечание к 6.3) на оползнеопасных участках допускается только при осуществлении мероприятий, исключающих образование оползневых деформаций в основании сооружения и береговых склонах в створе сооружения, а также катастрофического обрушения бортов водохранилища, способного привести к переливу воды через гребень плотины.

7.3 При возможности нарушения устойчивости сооружения, а также развития чрезмерных деформаций в теле сооружения и в основании вследствие разжижения и других деструктивных изменений состояния грунтов в основании или теле сооружения под влиянием сейсмических воздействий следует предусматривать искусственное уплотнение или укрепление этих грунтов.

7.4 Для каменно-земляных плотин в сейсмических районах с верховой стороны ядер и экранов следует предусматривать устройство фильтров (переходных слоев), при этом подбор состава первого слоя фильтра должен обеспечивать кольматацию (самозалечивание) трещин, которые могут образоваться в противофильтрационном элементе при землетрясении.

7.5 Верховые водонасыщенные призмы плотин из грунтовых материалов следует проектировать из крупнозернистых грунтов с повышенными коэффициентами неоднородности и фильтрации (каменная наброска, гравелистые, галечниковые грунты и др.), которые обладают существенно ограниченной способностью к разжижению при сейсмических воздействиях. При необходимости уменьшения объема крупнозернистого материала в теле верховой призмы допускается введение горизонтальных слоев из крупнозернистых (крупнообломочных) сильнодренирующих материалов.

Примечание - Указания настоящего пункта не распространяются на ГТС из грунтовых материалов с экраном.

7.6 В целях повышения устойчивости верховой упорной призмы плотин из грунтовых материалов с ядрами или диафрагмами при сейсмических воздействиях следует разрабатывать мероприятия, обеспечивающие снижение избыточного порового давления в грунтах, в частности максимальное уплотнение несвязных грунтов, крепление откосов каменной наброской, устройство дополнительных дренирующих слоев и т.д.

7.7 При проектировании плотин и других водоподпорных сооружений в сейсмических районах следует повышать их сейсмостойкость с помощью одного (или нескольких) мероприятий из нижеследующего перечня, осуществляя выбор на основании их технико-экономического сопоставления:

а) уширение поперечного профиля плотины в ее нижней части;

б) облегчение верхней части сооружений за счет применения оголовков минимальной массы, устройства верхней части сооружения в виде стенки, контрфорсной или рамной конструкции, выполнения полостей в пригребневой зоне сооружения и т.д.;

в) укрепление основания, сложенного нескальными грунтами, путем инъектирования этих грунтов;

г) защита напорной грани плотины из грунтовых материалов водонепроницаемым экраном;

д) применение пространственно работающих массивных гравитационных плотин;

е) устройство периметрального шва для арочных плотин;

ж) использование "армированного грунта" для возведения земляных плотин.

7.8 Для повышения сейсмостойкости эксплуатируемых плотин, имеющих дефицит сейсмостойкости, следует рассматривать перечисления а), б), д) 7.7, а также инъекцию упорных призм грунтовых плотин цементными или иными растворами.

7.9 Портовые оградительные сооружения (молы, волноломы) при расчетной сейсмичности площадки 8 и 9 баллов следует возводить из наброски камня, обыкновенных и фасонных массивов или массивов-гигантов. Углы наклона откосов этих сооружений при сейсмичности 8 и 9 баллов следует уменьшать соответственно не менее чем на 10% и 20% относительно допускаемых в несейсмических районах.

При проектировании ограждающего сооружения следует

рассматривать целесообразность принятия (на основании технико-экономического сопоставления) перечисленных ниже конструктивных решений, повышающих сейсмостойкость указанных сооружений:

а) размещение ограждающих сооружений на основаниях, сложенных более прочными грунтами;

б) возведение сооружений из массивов-гигантов;

в) уширение подошвы и придание поперечным сечениям этих сооружений симметричного (относительно вертикальной продольной плоскости) профиля;

г) разрезание протяженных сооружений антисейсмическими швами на участки, в пределах которых конструкция сооружения, грунтовые условия, глубины, нагрузки и другие подобные факторы практически не претерпевают изменений.

7.10 Причальные сооружения и набережные, как правило, следует возводить в виде конструкций, не подверженных одностороннему давлению грунта (сооружения эстакадного типа, мостового типа с гравитационными бычками и др.). При невозможности выполнения этого условия предпочтение следует отдавать заанкеренным шпунтовым стенкам при нескальных основаниях и стенкам из массивов-гигантов при скальных основаниях.

Протяженные причалы и набережные необходимо разделять на секции антисейсмическими швами. В пределах отдельной секции следует соблюдать однородные условия работы конструкции: не допускать существенных изменений характеристик основания, глубины водоема, нагрузок на сооружение, конструкции и размеров основных несущих элементов.

7.11 Для повышения сейсмостойкости причалов и набережных типа сборных гравитационных стен следует укрупнять размеры сборных элементов и обеспечивать омоноличивание этих конструкций сваркой выпусков арматуры или стальных закладных деталей.

7.12 Для причалов и набережных эстакадного типа в качестве опор следует применять сваи в виде стальных труб, коробок из шпунта, предварительно напряженных центрифугированных железобетонных оболочек. Применение призматических железобетонных свай не рекомендуется.

Сваи необходимо погружать до глубин залегания плотных, устойчивых к разжижению грунтов. Опирание нижних концов свай на рыхлые водонасыщенные грунты, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции не допускается.

Верхние концы свай следует жестко заделывать в верхнее строение эстакадной конструкции. Узлы сопряжений должны быть рассчитаны на знакопеременные нагрузки.

Горизонтальную жесткость эстакад, при необходимости, следует обеспечивать применением наклонных свай или введением в рамы диагональных связей.

7.13 Для повышения сейсмостойкости причалов и набережных типа заанкеренных шпунтовых стен целесообразно в качестве анкерных опор использовать свайные ростверки.

Подкрановые пути за шпунтовыми стенами следует устраивать на свайных фундаментах.

7.14 Для повышения сейсмостойкости МНГС (в частности, для ослабления горизонтальных колебаний конструкций верхнего строения) целесообразно между опорным основанием и верхним строением устанавливать фрикционный маятниковый подшипник, изолирующий верхнее строение от опорного основания.

8 Геодинамический мониторинг гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации

8.1 В проектах водоподпорных сооружений классов I и II, а также МНГС при расчетной сейсмичности площадки строительства для ПЗ 7 баллов и выше, а также при возможности опасных проявлений других геодинамических процессов (современных тектонических движений, оползней, резких изменений напряженно-деформированного состояния или гидрогеологического режима верхних частей вмещающей геологической среды и др.) следует предусматривать создание комплексной системы геодинамического мониторинга, включающей:

- сейсмологический мониторинг за естественными и техногенными землетрясениями в зоне, содержащей сооружение и водохранилище (при наличии в составе гидроузла водохранилища объемом не менее 0,1 с максимальной глубиной свыше 50 м);

- инженерно-сейсмометрический мониторинг на сооружениях и береговых примыканиях;

- геофизический мониторинг физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния сооружения и основания, а также района расположения гидроузла;

- геодезический мониторинг деформационных процессов, происходящих в сооружении и основании, а также земной поверхности в районе водохранилища;

- тестовые динамические испытания сооружения;

- проведение поверочных расчетов сейсмостойкости и оценку сейсмического риска в случае изменения сейсмических условий площадки строительства, свойств основания и сооружения во время эксплуатации;

- систему регламентных мероприятий персонала действующего ГТС по предотвращению либо снижению негативного влияния опасных геодинамических процессов и явлений в период эксплуатации.

Геодинамический мониторинг проводят комплексно. Он охватывает период от начала строительства до конца эксплуатации ГТС.

Конкретные составы и методы наблюдений и исследований определяются генеральным проектировщиком совместно с проектной или исследовательской организацией. Рекомендуемые состав геодинамических наблюдений и периодичность измерений в зависимости от характеристики объекта мониторинга и активности геодинамических процессов приведены в приложении Д.

8.2 Специальной задачей сейсмологических исследований для водоподпорных сооружений является выявление взаимосвязи сейсмичности района с режимом эксплуатации водохранилища, а для МНГС - выявление влияния на сейсмичность района извлечения больших масс добываемого продукта

8.3 На сооружениях, указанных в 8.1, при сдаче их в эксплуатацию, а затем через каждые пять лет следует проводить силами профильных организаций тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов.

В процессе динамического тестирования должны быть определены собственные частоты и формы колебаний, затухание по формам, амплитудно-частотные характеристики динамической податливости.

Для возбуждения колебаний допускается применять следующие естественные и искусственные источники:

- фоновые колебания сооружения, связанные с режимной работой гидроагрегатов;

- специальные, приуроченные к динамическим исследованиям, пуски и остановки гидроагрегатов;

- фоновые микросейсмические колебания грунтов (микросейсмы), а также технологические воздействия, возникающие от тестовых взрывов небольших зарядов взрывчатых веществ и работы специальной тестирующей вибромашины.

Динамические характеристики сооружения устанавливают при нормальном подпорном уровне и уровне мертвого объема воды в водохранилище.

Библиография

[1] Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании"

[2] Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"

[3] Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации"