Приложение М (рекомендуемое). Особенности проектирования грунтовых плотин, возводимых в условиях северной строительно-климатической зоны

Информация об изменениях:

Свод правил дополнен приложением М с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

Приложение М
(рекомендуемое)

Особенности проектирования грунтовых плотин, возводимых в условиях северной строительно-климатической зоны

М.1 Термины и определения

В настоящем приложении применены следующие термины с соответствующими определениями:

М.1.1 висячая мерзлотная завеса: Завеса, нижняя часть которой не смыкается с верхней гранью вечномерзлых грунтов.

М.1.2 глухая мерзлотная завеса: Завеса, которая смыкается с толщей вечномерзлых грунтов основания.

М.1.3 замораживающие системы: Комплексы, состоящие из отдельных или объединенных в группы охлаждающих устройств, установленных в теле и (или) основании плотины, для замораживания и охлаждения грунта.

М.1.4 мерзлая плотина: Плотина, водонепроницаемость которой обеспечивается мерзлым состоянием грунтов ее противофильтрационного устройства и его основания.

М.1.5 мерзлотная завеса: Ледогрунтовая стенка, создаваемая в массиве талого грунта с помощью охлаждающих устройств, обладающая водонепроницаемостью и способностью выдерживать механические нагрузки.

М.1.6 принцип I строительства грунтовых гидротехнических сооружений в северной строительно-климатической зоне: Вечномерзлые грунты основания плотины сохраняются в мерзлом состоянии при ее строительстве и эксплуатации, а талые грунты противофильтрационного устройства плотины и его основания замораживаются до начала заполнения водохранилища и сохраняются в мерзлом состоянии при эксплуатации.

М.1.7 принцип II строительства грунтовых гидротехнических сооружений в северной строительно-климатической зоне: Допускается оттаивание вечномерзлых грунтов основания в ходе строительства и эксплуатации плотины или искусственное их оттаивание на заданную глубину до начала заполнения водохранилища.

М.1.8 сезоннодействующие охлаждающие устройства; (СОУ): Теплообменные устройства различного типа, применяемые для охлаждения и замораживания грунта за счет естественных температур воздуха.

М.1.9 талая плотина: Плотина, грунты тела и основания которой имеют положительную температуру или находятся частично в мерзлом состоянии и позволяют существовать фильтрационному потоку в теле и основании или только в основании плотины.

М.1.10 талик: Участок горной породы с положительной температурой, расположенный в массиве вечномерзлых пород.

Примечание - Выделяют речной талик - талую зону пород под руслом реки, ограниченную мерзлыми породами, и сквозной талик, прорезающий всю толщину вечномерзлых грунтов в основании водотока и сопрягающийся с подмерзлотными талыми породами.

М.1.11 тало-мерзлая плотина: Плотина, у которой отдельные по напорному фронту участки возводятся по различным принципам строительства (см. М.1.6 и М.1.7). Сопряжения между талыми и мерзлыми участками плотины осуществляются за счет использования охлаждающих устройств.

М.2 В северной строительно-климатической зоне плотины из грунтовых материалов в зависимости от температурного состояния грунтов плотин и их оснований подразделяют на талые и мерзлые.

М.3 Плотины талого типа из грунтовых материалов возводят по принципу строительства II. При этом используют следующие способы укладки грунтов:

послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением и отсыпка их в воду (прудки), в том числе со льда;

послойная укладка талых крупнообломочных и песчаных, мерзлых крупнообломочных грунтов насухо с уплотнением;

отсыпка мерзлых крупнообломочных и песчаных грунтов в воду (при безкотлованном методе строительства).

М.4 Плотины мерзлого типа из грунтовых материалов возводятся по принципу строительства I. При этом используются следующие способы укладки и замораживания грунтов:

послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением;

послойная укладка талых крупнообломочных и песчаных, мерзлых крупнообломочных грунтов насухо с уплотнением;

отсыпка талых или мерзлых глинистых грунтов в воду (допускается при технико-экономическом обосновании);

устройство мерзлотной завесы в теле противофильтрационного устройства плотины и его основании.

М.5 В северной строительно-климатической зоне земляные насыпные плотины в зависимости от температурного состояния грунтов, конструкции тела и противофильтрационных устройств подразделяют на основные типы и виды, указанные в таблице М.1 и на рисунке М.1.

Таблица М.1

Тип плотины	Элементы плотины	Вид плотины
Земляная насыпная талая	Тело плотины	Однородная (рисунок М.1, а) С грунтовым экраном (рисунок М.1, б) С ядром (рисунок М.1, в) С центральной призмой (рисунок М.1, г) С диафрагмой (рисунок М.1, д) С экраном из негрунтовых материалов (рисунок М.1, е)
	Противофильтрационное устройство в основании плотины	С зубом (рисунок М.1, б, в, е) С инъекционной (цементационной) завесой (рисунок М.1, е) Со стенкой, шпунтом (рисунок М.1, д)
Земляная насыпная мерзлая	Тело плотины	Однородная с мерзлотной завесой (рисунок М.1, ж)
		С ядром и мерзлотной завесой (рисунок М.1, и)
		С центральной призмой и мерзлотной завесой (рисунок М.1, к)
	Противофильтрационное устройство в основании плотины	С мерзлотной завесой (рисунок М.1, ж, и, к) С зубом и мерзлотной завесой (рисунок М.1, и)

М.6 Состав, объем и методика инженерно-геологических и геокриологических изысканий, площадь и глубина изучения инженерно-геологического разреза должны соответствовать стадии проектирования, сложности природной обстановки, принципу использования вечномерзлых грунтов в качестве основания, типу и параметрам плотины.

М.7 При проектировании плотин на нескальных основаниях, сложенных мало- и среднесжимаемыми при оттаивании мерзлыми грунтами, предпочтение следует отдавать мерзлым плотинам с ядром, а на сильнольдистых основаниях - мерзлым плотинам с центральной противофильтрационной призмой.

М.8 Намывные талые плотины для северной строительно-климатической зоны следует проектировать с учетом ежегодных сроков начала и окончания сезона намыва грунта, мероприятий по ускорению оттаивания промерзшего в холодный период грунта, при которых ко времени принятия расчетного напора тело плотины будет полностью в талом состоянии.

М.9 Для низконапорных талых плотин из песчаного грунта, возводимых на слабых основаниях, следует предусматривать на стадии технико-экономического обоснования конструкции с распластанными профилями, при которых верховой откос является волноустойчивым без дополнительного крепления, а низовому откосу придается профиль, позволяющий выводить основную часть фильтрационного потока в основание плотины.

М.10 Для однородных намывных плотин с принудительно формируемым низовым откосом должно быть предусмотрено защитное покрытие сухого откоса для предотвращения его оползания в эксплуатационный период, в том числе устройством пригрузок.

М.11 В проектах талых плотин, возводимых на основаниях, сложенных льдистыми грунтами (при ), должно быть приведено обоснование допустимости осадок и устойчивости тела плотины при оттаивании основания.

М.12 На основаниях, сложенных льдистыми грунтами , при соответствующем обосновании допускается строительство мерзлых плотин высотой не более 10 м.

М.13 В северной строительно-климатической зоне талые каменно-земляные и каменно-набросные плотины следует возводить на скальных и нескальных основаниях, сложенных малосжимаемыми при оттаивании грунтами. На основаниях, сложенных сжимаемыми при оттаивании грунтами, разрешается проектировать мерзлые каменно-земляные плотины.

М.14 При проектировании мерзлых земляных плотин на сильнотрещиноватых скальных основаниях следует предусматривать устройство мерзлотной завесы в основании при необходимости с предварительным оттаиванием основания на заданную глубину и его цементацией.

М.15 Толщину слоя крепления низового откоса плотины, отсыпаемого из щебня или гравия, следует принимать в соответствии с теплотехническими расчетами.

М.16 Дренаж талой плотины, возводимой в северной строительно-климатической зоне, следует располагать в непромерзающей части профиля плотины (рисунок М.1, а). Однако при этом следует учитывать возможность их попеременного замораживания и оттаивания в строительный период.

М.17 Сопряжение противофильтрационных устройств талых каменно-земляных и каменно-набросных плотин с трещиноватым скальным основанием следует проводить с помощью зуба или выполнением цементационной (инъекционной) завесы в основании. В пределах подруслового талика цементацию основания следует выполнять до заполнения водохранилища, а в береговых примыканиях - по мере оттаивания основания. На сильнотрещиноватых основаниях следует проводить предпостроечное принудительное оттаивание вечномерзлых грунтов основания с последующей их цементацией до начала заполнения водохранилища.

М.18 В проекты грунтовых гидротехнических сооружений, возводимых в северной строительно-климатической зоне, должны быть включены мероприятия по обеспечению устойчивости откосов плотины в процессе строительства при сезонном оттаивании поверхностного слоя грунта.

М.19 В северной строительно-климатической зоне длину диафрагм сопряжения талых и мерзлых плотин с бетонными сооружениями следует устанавливать на основании фильтрационных и теплотехнических расчетов. Сопряжение тела мерзлой земляной (каменно-земляной) плотины, имеющей в своем составе СОУ с бетонным сооружением (в том числе с водосбросом) следует осуществлять заведением СОУ плотины в сопрягающий устой бетонного сооружения. Установку СОУ в месте примыкания к бетонному сооружению следует предусматривать с шагом, значение которого обосновывается теплотехническим расчетом при учете теплового потока в бетоне сооружения.

М.20 При проектировании плотин из грунтовых материалов в северной строительно-климатической зоне необходимо проводить расчеты температурного состояния тела и основания плотины, ложа и бортов водохранилища и русла в нижнем бьефе плотины в ходе ее строительства и эксплуатации.

М.21 В расчетах температурного состояния каменно-набросных и каменно-земляных плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, необходимо учитывать перенос тепла при конвективном движении воздуха в порах каменной наброски, поскольку это явление может способствовать промерзанию дренажной системы сооружения и, как следствие, выходу его из строя.

М.22 При расчете температурного состояния каменно-набросных и каменно-земляных плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, с учетом переноса тепла при конвективном движении воздуха в порах каменной наброски, необходимо учитывать:

изменение проницаемости каменной наброски, вызванное неоднородностью гранулометрического состава наброски по высоте или заполнением пор наброски льдом;

наличие слабопроницаемых (для воздуха) зон в теле плотины или на ее откосах (включая наличие снежного покрова плотностью более 0,20 ).

М.23 Для снижения негативных (для талых плотин) последствий конвективного движения воздуха в каменной наброске рекомендуется предусматривать:

обеспечение воздухонепроницаемости каменной наброски низовой призмы плотины или поверхности низового откоса;

теплоизоляцию очищаемых от снега берм низового откоса плотины, при этом установку теплоизоляционного покрытия следует проводить в теплое время года;

отсутствие прослоек слабопроницаемых грунтов на контакте грунтов низовой призмы и проницаемого основания.

М.24 Расчеты температурного состояния каменно-набросных и каменно-земляных плотин необходимо проводить с учетом конвекции воздуха в порах каменной наброски в случае, если климатические условия района их расположения относятся к наименее суровым и суровым со среднегодовой температурой наружного воздуха в данном районе за весь период наблюдений хотя бы раз опускавшейся ниже 0°С.

М.25 При расчетах устойчивости откосов грунтовых плотин всех классов, возводимых в северной строительно-климатической зоне, выполняемых с использованием методов, удовлетворяющих условиям равновесия призмы обрушения и ее элементов в предельном состоянии, следует учитывать как напряженное, так и температурное состояние грунтов плотины и ее основания.

М.26 В расчетах напряженно-деформированного состояния плотин I и II классов следует, как правило, использовать нелинейные расчетные модели, учитывающие пластические деформации грунта, при условии определения параметров деформирования испытанием образцов грунта в одометрах и стабилометрах. При этом размеры образцов должны отвечать зерновому составу грунта тела плотины и основания.

М.27 В расчетах плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне, необходимо учитывать последовательность промораживания и оттаивания тела и основания плотины.

М.28 В северной строительно-климатической зоне расчет напряженно-деформированного состояния плотины необходимо выполнять с учетом изменения ее температурно-влажностного состояния в ходе строительства.

Замораживание грунтов тела и основания плотины и сохранение их мерзлого состояния в северной строительно-климатической зоне

М.29 Замораживание талых грунтов противофильтрационного устройства плотины и его основания, сохранение их в мерзлом состоянии при эксплуатации плотины, а также сохранение или усиление естественного мерзлого состояния грунтов основания противофильтрационного устройства и низового клина плотины при ее эксплуатации следует выполнять с помощью СОУ воздушного, жидкостного или парожидкостного вида (рисунок М.2).

М.30 Кроме основных типов СОУ могут использоваться жидкостные с принудительной циркуляцией теплоносителя (рисунок М.2, в), а также рассольные замораживающие системы с охлаждением рассола в наружном теплообменнике.

М.31 Применение рассольных замораживающих систем на базе холодильных машин и жидкостных СОУ с принудительной циркуляцией теплоносителя допускается при надлежащем технико-экономическом обосновании.

М.32 Использование жидкого азота для замораживания грунта допускается в целях предупреждения или ликвидации аварийной ситуации при эксплуатации плотины.

При проектировании воздушной замораживающей системы, состоящей из воздушных СОУ, объединенных подводящим и (или) отводящим коллектором, следует предусматривать:

герметизацию системы на теплый период года;

автоматическое отключение системы при снегопаде, повышении температуры наружного воздуха выше значения, установленного проектом, и включение при снижении температуры ниже проектного значения;

возможность очистки системы от льда или инея.

М.33 Работу воздушных замораживающих систем следует считать целесообразной при температуре воздуха ниже минус 15°С (в первый сезон замораживания грунта).

М.34 При проектировании замораживающих систем, состоящих из автономных жидкостных или парожидкостных СОУ, необходимо предусматривать герметизацию устройств и вертикальность установки СОУ. Применение внешней трубы грунтовых теплообменников устройств диаметром более 180 мм нерационально.

М.35 Бурение скважин, установку СОУ и устройство замораживающих систем следует проводить после возведения плотины.

М.36 В случае необходимости для плотин высотой более 25 м допускается применять двухъярусное замораживание: грунтов основания из потерны и грунтов противофильтрационного устройства плотины - с гребня.

М.37 При строительстве низконапорных плотин водохозяйственного назначения эффективным является сочетание СОУ в центральной части плотины с теплоизоляцией гребня и низового откоса. В качестве теплоизоляционного материала рекомендуется пенопласт типа ПХВ-1 толщиной 6-10 см. Теплоизоляционный слой необходимо защищать от механических повреждений грунтом толщиной 15-20 см.

М.38 При строительстве плотин в северной строительно-климатической зоне необходимо дополнительно осуществлять контроль за температурным состоянием грунтов тела и основания плотины, а также за температурным состоянием грунтов в карьерах, буртах зимнего хранения, при транспортировании и укладке.

М.39 В северной строительно-климатической зоне верхнюю промерзающую часть плотины (выше НПУ) следует возводить из уплотненных непучинистых или слабопучинистых грунтов.

М.40 При строительстве талых плотин в северной строительно-климатической зоне, при необходимости, дополнительно следует предусматривать обогрев контактного слоя грунта противофильтрационного устройства плотины с основанием.