Основные расчетные положения

5.1 Определение волновых нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения должно производиться для условий расчетного шторма при расчетных уровнях воды в акватории.

5.2 В качестве расчетного шторма следует принимать шторм повторяемостью для сооружений класса:

I - 1 раз в 100 лет;

II - 1 раз в 50 лет;

III и IV - 1 раз в 25 лет.

5.3 Параметры волнения при расчетном шторме: значения высоты, длины и периода волн различной обеспеченности в системе, а также спектральная плотность волнения - должны приниматься по результатам статистической обработки результатов инженерно-гидрометеорологических наблюдений.

При недостаточности данных инженерно-гидрометеорологических изысканий определение параметров волнения расчетного шторма можно производить на основании расчетных методов (приложение А) с последующей их верификацией (проверкой) по имеющимся данным наблюдений в конкретном месте изысканий. При отсутствии таких данных допустима верификация для акваторий со схожими условиями волнообразования.

Рекомендуется согласно [2] показывать соответствие используемых расчетных методов методам (моделям), принятым для таких же целей в международной практике.

5.4 При определении расчетных значений элементов волн на открытых и огражденных акваториях необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (ее значение и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубину воды.

5.5 Расчетные уровни воды и характеристики ветра необходимо определять по результатам статистической обработки данных многолетних рядов наблюдений.

5.6 Расчеты элементов волн должны производиться с учетом деления акватории на следующие зоны по глубине (буквенные обозначения - приложения А и С):

глубоководная - с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волн;

мелководная - с глубиной , где дно оказывает влияние на развитие волн и на основные их характеристики;

прибойная - с глубиной от до, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн;

приурезовая - с глубиной менее, в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

Характеристики волнения, соответствующие расчетным обеспеченностям скорости ветра и уровня воды в акватории, должны определяться с учетом трансформации волн - изменения их параметров под воздействием течений и с выходом на мелководье, рефракции при сложном рельефе и негоризонтальном дне, дифракции на оградительных сооружениях, обрушения.

Определение параметров волнения должно производиться расчетно-теоретическими методами на основе современных программно-вычислительных комплексов или с использованием номограмм (приложение А) и имеющихся апробированных методов.

5.7 Расчетную обеспеченность высот волн в системе необходимо принимать:

при определении защищенности портовых акваторий	5%;
при определении наката волн	1%;

при определении устойчивости и прочности гидротехнических сооружений и их элементов по таблице 1.

Таблица 1

Гидротехнические сооружения	Расчетная обеспеченность высот волн в системе, %, не более
Сооружения вертикального профиля, оградительные сооружения откосного профиля	1
Сквозные сооружения и обтекаемые преграды класса:
I	1
II	3
III, IV	5
Берегоукрепительные сооружения класса:
I, II	1
III, IV	5
Примечания 1 При определении нагрузок на сооружения необходимо принимать высоту волны заданной обеспеченности в системе и длину волны в диапазоне , при которой оказывается максимальное воздействие на сооружение; для сквозных конструкций следует определять максимальное воздействие волн при длине расчетной волны в пределах . 2 При назначении высотных отметок сквозных сооружений, возводимых на открытых акваториях, расчетную обеспеченность высот волн в системе допускается принимать 0,1% при надлежащем обосновании.

Для сооружений I класса и для всех сооружений с периодом собственных колебаний более 2 с необходимо учитывать спектральные характеристики волнения (частотный спектр).

5.8 Максимальный расчетный уровень воды необходимо принимать согласно требованиям сводов правил на проектируемые сооружения (объекты).

5.9 При определении нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения обеспеченности расчетных уровней должны быть не более: для сооружений I класса - 1%, II и III классов - 5%, IV класса - 10% по наивысшим годовым уровням, определенных с учетом приливно-отливных явлений, сезонных колебаний, ветрового и волнового нагонов.

Примечания

1 В безливных морях для подпорных гравитационных волнозащитных стен II класса и для искусственных пляжей без сооружений обеспеченность расчетных уровней следует принимать равной 1%.

2 В отдельных случаях при достаточном обосновании допускается при определении волнового воздействия выбирать расчетный уровень воды, исходя из условия максимального воздействия волн на элементы гидротехнических сооружений (например, при рассмотрении размывов основания вблизи сооружения и мероприятий по защите от размыва).

5.10 Высоты ветрового и волнового нагонов следует принимать по данным натурных наблюдений. Для сооружений III и IV классов высоты ветрового и волнового нагонов допускается определять расчетом (приложение Б).

5.11 При динамических расчетах и оценке усталостной прочности элементов конструкций гидротехнических сооружений следует учитывать спектральную плотность ветрового волнения, характеризующую его нерегулярность.

5.12 Воздействие шторма, в том числе в сочетании с течением, на дно акватории у основания гидротехнического сооружения должно оцениваться сравнением значений максимальной придонной скорости и неразмывающей (допускаемой) придонной скорости или соответствующих касательных напряжений, характеризующих грунт, слагающий дно, или материал, используемый для защиты дна от размыва и подмыва основания сооружения (приложение В).

Тема 5. Воздействия водных потоков на гидросооружения,

основания, русла рек и берега. Гидротехнические сооружения в процессе их строительства и эксплуатации испытывают меняющиеся во времени различные по природе и продолжительности действия нагрузки и воздействия. Нагрузки на ГТС подразделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

К постоянным нагрузкам относят:

- собственный вес сооружений, а также вес основного технологического оборудования (затворов, гидроагрегатов, трансформаторов);

- давление воды на поверхности сооружений со стороны верхнего и нижнего бьефов;

- силовое воздействие воды, фильтрующейся через сооружение и его основание (противодавление);

- вес грунта и его боковое давление, горное давление.

К временным длительным нагрузкам относят:

- температурные воздействия в периоды строительства и эксплуатации, характерные для года со средними климатическими условиями;

- давление наносов;

- нагрузки от транспортных средств.

К кратковременным нагрузкам относят:

- давление волн и льда;

- снеговые и ветровые нагрузки;

- нагрузки от кранов, судов, плавающих тел.

К особым нагрузкам относят:

- гидростатическое давление, соответствующее форсированному УВБ;

- температурные воздействия для года с экстремальными климатическими условиями;

- сейсмические воздействия;

- динамические воздействия от промышленных взрывов.

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

Водный поток, подвергаясь воздействию, в свою очередь оказывает различного рода воздействия на гидротехнические сооружения.

Условно типы воздействия, оказываемые на гидротехнические сооружения можно классифицировать следующим образом:

1. Механическое - заключается в создании статического и динамического давления, величину которого определяют по формулам гидравлики и гидродинамики.

2. Воздействие фильтрационного потока, в результате которого происходит утечка воды из верхнего бьефа. Фильтрующаяся вода оказывает давление на подошву сооружения, в результате чего уменьшается сопротивление сдвигающим горизонтальным силам. Фильтрующаяся вода оказывает химическое воздействие на основание, растворяя и вынося в нижний бьеф соли, имеющиеся в породах, что приводит к их разрушению. Этот процесс называют механической суффозией.

3. Физико-химические воздействия заключаются в истирании поверхности сооружения. Металлические части подвергаются коррозии, вследствие чего полезная толщина их постепенно уменьшается. Бетонные сооружения могут разрушаться в результате выщелачивания.

4. Биологическое воздействие воды заключается в разрушительном воздействии различных живых организмов. (Гришин М.М., 1979).

5. Температурные воздействия на гидротехнические сооружения - происходят из-за взаимодействия сооружения с внешней средой (воздухом, водой), температура которой меняется, а также в результате внутренних процессов в теле сооружения, обусловленных такими явлениями, как разогрев бетонной кладки при ее твердении из-за экзотермии цемента, набухания, усадки, промораживания материала сооружения при взаимодействии с внешней средой и т.д. (В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, 2002).

Водоподпорные сооружения удерживают огромные запасы воды. В случае аварии сооружения в нижнем бьефе образуется волна наполнения большой разрушительной силы, которая может вызвать гибель многих людей и нанести значительный ущерб расположенным ниже населенным районам. Это обстоятельство накладывает особую ответственность на гидротехников при производстве изысканий, проектировании, возведении и эксплуатации гидротехнических сооружений, поэтому указанные работы надо выполнять так, чтобы была исключена возможность аварий. (Волков И.М., 1968)

Мероприятия по борьбе со свальными течениями,

Свальное течение — слив воды, направленный под углом к судовому ходу (рис. 5). Свальное течение возникает из-за разности в уровнях воды по ширине реки. На перекатах такие течения создаются в результате подпора потока седловиной переката, поэтому они направлены из верхней плесовой лощины в затонную часть нижней плесовой лощины (см. Перекат). Смещая суда с оси судового хода, свальные течения могут вызвать навал судов и плотов на отмели, опоры мостов и т.п.