ПНСТ 493-2020 Внутренний водный транспорт. Объекты инфраструктуры. Набережные, подпорные стены тонкостенные (шпунтовые). Особенности расчета и проектирования различных конструкций

        ПНСТ 493-2020

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Внутренний водный транспорт

ОБЪЕКТЫ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Набережные, подпорные стены тонкостенные (шпунтовые). Особенности расчета и проектирования различных конструкций

Inland water transport. Infrastructure objects. Thin-walled embankments, retaining walls (sheet piling). Features of calculation and design of various designs

ОКС 47.060

Срок действия - с 2021-01-01

до 2024-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством "Ассоциация профессиональных гидротехников "Гипроречтранс" (НП "Ассоциация "Гипроречтранс")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 032 "Водный транспорт"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2020 г. N 109-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.18-2011* (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес. до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112, Москва, Пресненская набережная, дом 10, строение 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

Введение

Настоящий стандарт дополняет положения ГОСТ Р 58744.1.

Применение настоящего стандарта обеспечивает выполнение требований технического регламента [1].

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к расчетам и проектированию конструкций набережных и подпорных стен тонкостенных (шпунтовых) объектов инфраструктуры внутреннего водного транспорта, выполненных из металла, железобетона, дерева и синтетических материалов.

1.2 Общие требования к конструкциям, расчетам, исходным данным для них и компьютерным программам изложены в соответствующих сводах правил. Детализацию отдельных положений указанных документов можно найти в [2], [3] и других пособиях.

1.3 Настоящий стандарт распространяется на следующие объекты:

- причальные и другие набережные;

- подпорные стены, в том числе стены камер шлюзов;

- берегоукрепительные сооружения.

Настоящий стандарт не распространяется на:

- конструкции одноанкерные из пластикового шпунта;

- конструкции с анкеровкой парусного типа, использующие высокопрочный гибкий пластик;

- конструкции стен с грунтовым анкером и расширяющимся концевым якорем;

- конструкции тонкостенные с экраном из свайных рядов.

Настоящий стандарт не распространяется на объекты, возводимые в сейсмических районах.

1.4 Настоящий стандарт предназначен к применению на территории Российской Федерации юридическими лицами (индивидуальными предпринимателями) независимо от форм собственности и подчиненности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 27751 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ Р 58740 Внутренний водный транспорт. Объекты инфраструктуры. Расчеты общей устойчивости. Основные требования

ГОСТ Р 58744.1 Внутренний водный транспорт. Объекты инфраструктуры. Набережные, подпорные стены тонкостенные (шпунтовые). Основные требования к расчету и проектированию

СП 24.13330.2011 "СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты"

СП 38.13330.2012 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"

СП 41.13330.2012 "СНиП 2.06.08-87 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений"

СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения"

СП 101.13330.2012 "СНиП 2.06.07-87 Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии 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 стандарта в ссылочный документ, на который дана датируемая 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.

3 Термины

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 58744.1.

4 Безанкерные конструкции

4.1 Настоящий раздел распространяется на проектирование безанкерных шпунтовых конструкций, а также других конструкций с аналогичным принципом работы (например, из свай-оболочек с диаметром меньше 0,2 высоты сооружения).

4.2 В соответствии с ГОСТ 27751, СП 58.13330.2012 и ГОСТ Р 58744.1 расчеты должны проводиться по двум группам предельных состояний. При проектировании безанкерных шпунтовых конструкций состав и последовательность расчетов, как правило, соответствуют приведенным на рисунке 1.

4.3 Основные сочетания нагрузок, включающие постоянные, временные длительные и одну из кратковременных нагрузок, принимают по приложению Г СП 58.13330.2012, СП 101.13330.2012, СП 38.13330.2012, [2] и др.

4.4 Применительно к расчету причальных набережных основные сочетания нагрузок принимают по таблице 1. Для подпорных стен другого назначения некоторые из перечисленных нагрузок могут отсутствовать.

4.5 При наличии особых нагрузок следует рассматривать особые сочетания, включающие кроме указанных в таблице 1 одну из особых нагрузок (см. ГОСТ Р 58744.1).

Рисунок 1 - Состав и рекомендуемая последовательность расчетов безанкерных шпунтовых набережных

4.6 Заглубление шпунта t должно быть не менее определенного при 1-4 сочетаниях нагрузок из таблицы 1, а также требуемого из расчета общей устойчивости сооружения.

Таблица 1 - Нагрузки, входящие в основное сочетание

4.8 При расчете конструкций из шпунта, забитого по волнообразной линии, вертикальные составляющие бокового давления грунта учитывать не следует.

4.9 При расчете конструкций из шпунта, забитого по волнообразной линии, расчетный момент сопротивления стены на 1 м длины сооружения определяется относительно средней линии волны.

4.10 Шапочную балку набережных рассчитывают на усилия от навала судов и ледовые воздействия в соответствии с СП 38.13330.2012 и [2].

4.12 При определении давления грунта нужно учитывать влияние способов погружения шпунта, а также различие между засыпанными и отчерпанными стенами.

Примечание - Шпунтовые сваи могут погружаться в грунт следующими способами: забивкой, вибропогружением, задавливанием, подмывом или забивкой с подмывом; или вибропогружением с подмывом, погружением в предварительно пробуренные скважины;

Примечания

При этом песчаный грунт, не обладающий большой плотностью, может уплотниться вблизи шпунта или труб с повышением коэффициента постели K.

3 Глинистые грунты, особенно так называемые "переуплотненные", и полускальные грунты могут вести себя иначе: при забивке шпунта или труб может быть частично или полностью сорвано сцепление в значительной зоне, и, как следствие, активное давление грунта будет выше ожидаемого, а пассивное ниже;

в) если шпунт забит и частично отчерпан и частично засыпан, то в этом случае все зависит от соотношения длин забитой, отчерпанной и засыпанной части. Но, как правило, условия приближаются к тем, что и в случае а).

4.13 Следует учитывать, что если шпунт прошел сквозь слой слабого грунта и защемился в подстилающем более плотном грунте, то из-за недостаточности деформаций шпунта в пределах слабого слоя в нем может не развиться расчетное пассивное давление, в то время как устойчивость стены будет обеспечена защемлением в более плотном грунте. Из-за этого в шпунте могут возникнуть большие изгибающие моменты, чем из обычного расчета, при котором принимается реализация пассивного давления в зоне отпора во всех слоях грунта.

Примечания

1 Учет различной податливости слоев грунта может дать увеличение изгибающего момента в шпунте до 1,5 раза.

2 Решение задачи при любом числе слоев грунта с разной податливостью может быть осуществлено с использованием существующего специализированного программного обеспечения или по [2, 3].

4.14 Если в пределах заглубления шпунта имеются грунты, несущая способность которых может изменяться во времени, например недоуплотненные глинистые грунты, мерзлые и оттаивающие грунты и другие, необходимо дополнительно выполнить расчеты с учетом возможного изменения прочностных характеристик грунта по соответствующим методикам или с привлечением в необходимых случаях специализированных организаций.

4.16 Расчеты железобетонных элементов по образованию или раскрытию трещин следует проводить в соответствии с указаниями СП 41.13330.2012. Расчеты следует вести на усилия, определенные для тех же расчетных условий и теми же способами, что и для расчетов прочности, но нагрузки и характеристики грунтов вычислять при коэффициентах надежности по нагрузке и грунту, равных единице.

4.17 Если при относительно большой высоте стены используется плоский стальной шпунт, забитый по волнообразной в плане линии, то рекомендуется принимать длину полуволны в пределах 6-8 м, а высоту волн - не более 2,5 м.

Погружение шпунта целесообразно проводить пакетами из предварительно сваренных замками двух-трех и более свай.

4.18 При Н<4 м и слабых грунтах основания рекомендуется погружать шпунт со строительным наклоном на засыпку 2°-4°. При специальном обосновании допускается увеличение наклона, что должно учитываться в расчете.

5 Одноанкерные конструкции

5.1 Настоящий раздел распространяется на проектирование одноанкерных шпунтовых конструкций с анкеровкой тягами за анкерные опоры, в частности вертикальные плиты (рисунок 2), анкерные стены, кусты свай, старые сооружения и пр.

1 - шпунт, 2 - анкерная опора (плита), 3 - анкерная тяга, 4 - шапочная балка

Рисунок 2 - Схема к определению расстояния до анкерной опоры

5.2 Шпунт рассчитывают на действие следующих усилий:

д) поперечных сил Q на уровне крепления анкерной тяги и в защемленной части шпунта.

Примечания

1 Расчетная схема шпунта представляет собой балку неопределенной длины, имеющей заделку в грунте основания и шарнирную опору в месте крепления анкера. Усилия в поперечных сечениях шпунта и его заглубление t предварительно находят и окончательно уточняют, используя существующее специализированное программное обеспечение, или графоаналитическим методом упругой линии [2].

2 Расчеты одноанкерных конструкций относятся к приближенным методам вариационного исчисления. При имеющихся ограничениях на габариты сооружения, на прочность конструктивных материалов и деформации ставятся функции цели. Ими могут быть: минимизация стоимости сооружения, полное использование прочности и/или длины имеющегося в наличии шпунта и другие. Поэтому реальных решений может быть несколько. Так, например, увеличение заглубления шпунта может снизить расчетные усилия в нем и анкере, уменьшить расстояние до анкерной опоры; на заглубление шпунта и усилия в нем влияет положение анкерной опоры и пр. Это осложняет проектирование даже при использовании современной вычислительной техники и требует высокой квалификации инженера.

Рекомендации по проектированию анкерных устройств приведены в [2], [3] и др.

а) обеспечение общей устойчивости сооружения вместе с анкерной опорой, в частности анкерной плитой и пр.;

б) обеспечение устойчивости анкерной опоры, в частности анкерной плиты и прочего при определении усилий в шпунте и тягах, в том числе и тогда, когда по условию общей устойчивости анкеровка не требуется.

Примечания

5.5 В соответствии с ГОСТ 27751, СП 58.13330.2012 и ГОСТ Р 58744.1 расчеты должны проводиться по двум группам предельных состояний. Состав и последовательность расчетов, как правило, соответствуют приведенным на рисунке 3.

Рисунок 3 - Состав и рекомендуемая последовательность расчетов одноанкерных шпунтовых набережных

5.6 Основные сочетания нагрузок, включающие постоянные, временные длительные и одну из кратковременных нагрузок, принимают по приложению Г СП 58.13330.2012, СП 101.13330.2012, СП 38.13330.2012, [2] и др.

5.7 Применительно к расчету причальных набережных принимаются по таблицам 2 и 3. Для подпорных стен другого назначения некоторые из перечисленных нагрузок могут отсутствовать.

5.8 При наличии особых нагрузок следует рассматривать особые сочетания, включающие кроме указанных в таблице 2 одну из особых нагрузок (см. ГОСТ Р 58744.1).

5.9 Заглубление шпунта t должно быть не меньше:

а) определенного по 5.4 при сочетаниях нагрузок 1-3 из таблицы 2;

б) для набережных, как правило, 2,5 м и 0,35 Н, где Н - высота стены от проектного дна (чтобы обеспечить надежность сооружения против случайных местных вымоин, перебора при землечерпании, гарантировать устойчивость грунта против суффозии и др.).

5.10 Расчеты устойчивости допускается вести только методом ломаных поверхностей скольжения в соответствии с ГОСТ Р 58740.

Таблица 2 - Нагрузки, входящие в основное сочетание

5.12 Шапочную балку набережных рассчитывают на усилия от навала судов и ледовые воздействия в соответствии с СП 38.13330.2012 и [2].

5.13 Расчет по деформациям шпунта, анкерных тяг, шапочных балок и распределительных поясов допускается не проводить.

Таблица 3 - Условия расчетов

5.14 Расчеты железобетонных элементов по образованию или раскрытию трещин следует вести на усилия, определенные из тех же расчетных условий и теми же способами, что и для расчета прочности, но нагрузки и характеристики грунтов вычисляют при коэффициентах надежности, равных единице.

5.15 Полки железобетонного шпунта таврового или ребристого профиля в местах примыкания их к ребру рассчитывают на действие положительных и отрицательных изгибающих моментов.

Рассматривают два случая. Для первого наиболее опасные сечения и соответствующие им нагрузки выбирают на основании анализа суммарных эпюр давления грунта и воды для всех рассмотренных расчетных схем. Во втором изгибающие моменты, вызванные навалом судна при подходе к сооружению, определяют по указаниям [2].

5.16 Стальные шпунтовые сваи могут быть погружены через одну на разную глубину. При размере ступени около 1 м это не скажется на расчете стены. При большей величине ступени следует принимать расчетную глубину погружения шпунта близкой к средней.

6 Конструкции с надстройкой

6.1 Настоящий раздел распространяется на проектирование одноанкерных шпунтовых конструкций с надстройкой в виде тонких лицевых элементов, опирающихся на шапочную балку шпунта и заанкеренных тягами за вертикальные анкерные плиты (см. рисунок 4).

Набережные и подпорные стены с надстройками других типов проектируются по аналогии с рассматриваемой конструкцией.

6.2 Лицевой элемент надстройки рассчитывают на действие следующих усилий:

г) поперечных сил Q на уровне крепления анкерной тяги и нижней опорной реакции надстройки.

1 - шпунтовая стена; 2 - лицевой элемент надстройки; 3 - анкерная опора шпунтовой стены; 4 - анкерная опора надстройки; 5 - шапочная балка шпунтовой стены; 6 - шапочная балка надстройки; 7 и 8 - анкерные тяги

Рисунок 4 - Схема одноанкерной шпунтовой стены с заанкеренной надстройкой

6.5 При расчете шпунта следует пользоваться указаниями раздела 5.

6.7 В соответствии с ГОСТ 27751, СП 58.13330.2012 и ГОСТ Р 58744.1 расчеты должны проводиться по двум группам предельных состояний. Состав и последовательность расчетов, как правило, соответствуют приведенным на рисунке 5.

6.8 Основные сочетания нагрузок, включающие постоянные, временные длительные и одну из кратковременных нагрузок, принимают по приложению Г СП 58.13330.2012, СП 101.13330.2012, СП 38.13330.2012, [2] и др.

6.9 Применительно к расчету причальных набережных принимают по таблицам 4 и 5. Для подпорных стен другого назначения некоторые из перечисленных нагрузок могут отсутствовать.

6.10 При наличии особых нагрузок следует рассматривать особые сочетания, включающие, кроме указанных в таблице 4, одну из особых нагрузок (см. ГОСТ Р 58744.1).

Рисунок 5 - Состав и рекомендуемая последовательность расчетов одноанкерных шпунтовых набережных с надстройкой

Таблица 4 - Нагрузки, входящие в основное сочетание

Таблица 5 - Условия расчетов

6.11 Заглубление шпунта t должно быть не меньше определенного по 5.9, 5.10.

6.13 Шапочную балку набережных рассчитывают на усилия от навала судов и ледовые воздействия в соответствии с СП 38.13330.2012 и [2].

6.14 Расчет по деформациям шпунта, анкерных тяг, шапочных балок и распределительных поясов, анкерных опор, в том числе вертикальных анкерных плит, грунтовых и других анкеров выполняют в соответствии с 5.13.

6.15 Расчеты железобетонных элементов по образованию или раскрытию трещин следует проводить по 5.12.

7 Конструкции, заанкеренные наклонными сваями

7.1 Настоящий раздел распространяется на проектирование конструкций из шпунта, заанкеренного наклонными сваями (рисунок 6).

Примечание - Обычно принимают:

- ширину ригеля в пределах 1,2-1,6 м, высоту в пределах 1,0-1,4 м, расчетную длину l, равную расстоянию между осями шпунта и сваи на уровне низа ригеля.

1 - шпунт; 2 - свая; 3 - ригель; 4 - стенка верхнего строения

Рисунок 6 - К расчету шпунтовой набережной, заанкеренной наклонными сваями

7.2 В соответствии с ГОСТ 27751, СП 58.13330.2012 и ГОСТ Р 58744.1 расчеты должны проводиться по двум группам предельных состояний. Состав и последовательность расчетов, как правило, соответствуют приведенным на рисунке 7.

Рисунок 7 - Состав и последовательность расчетов

7.3 Основные сочетания нагрузок, включающие постоянные, временные длительные и одну из кратковременных нагрузок, принимают по приложению Г СП 58.13330.2012, СП 101.13330.2012, СП 38.13330.2012, [2] и др.

7.4 Применительно к шпунтовой набережной, заанкеренной наклонными сваями, для определения усилий в шпунте и сваях, а также их заглубления основные сочетания нагрузок должны включать следующие постоянные и временные длительные нагрузки:

- боковое давление грунта с учетом временных вертикальных и горизонтальных нагрузок на территории,

- фильтрационное давление воды, действующее на шпунт;

- вертикальную нагрузку от веса ригеля, грунта и временной нагрузки над ригелем; а также одну из следующих кратковременных нагрузок:

- волновое давление при подходе ложбины волны (только для набережных при высоте волны более 1 м);

- нагрузку от навала судна при подходе его к сооружению, только для набережных, если возможен навал в пределах ригеля (при возможности навала ниже ригеля следует устраивать пониженный козырек);

- нагрузку от воздействия льда в пределах ригеля (только для набережных);

- нагрузку от примерзшего ледяного покрова при изменении уровня воды;

- нагрузку от натяжения швартовых (только для причальных набережных) при отсутствии анкеровки тумбовых массивов.

Временная нагрузка на территории должна располагаться непосредственно от линии кордона.

При отсутствии кратковременных нагрузок для набережных уровень воды в акватории принимается наинизшим, а при их наличии - на отметках, при которых возможно их действие.

Для подпорных стен другого назначения некоторые из перечисленных нагрузок могут отсутствовать.

7.5 При наличии особых нагрузок следует рассматривать особые сочетания, включающие кроме указанных в 7.4 одну из особых нагрузок (см. ГОСТ Р 58744.1).

- из расчета рамной системы при расчетных условиях по 7.4;

- из расчета общей устойчивости сооружения;

- из расчета несущей способности основания шпунта и свай в соответствии с СП 24.13330.2011.

Для исключения потери местной устойчивости грунта и суффозии заглубление шпунта, как правило, не должно быть менее 1,5 м.

7.8 Расчет общей устойчивости допускается вести только методом ломаных поверхностей скольжения с учетом сопротивления свай перерезыванию при пересечении их поверхностью скольжения в соответствии с ГОСТ Р 58740.

Библиография