Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электрост

когда не удалось обеспечить е = 0, для определения вели­ чины крена i квадратного или круглого фундамента РО могут быть использованы соответствующие формулы теории упру­ гости (модель л.-д.с.). Поскольку решения теории упругости отвечают случаям изотропного однородного полупространства или слоя, то для слоистых грунтовых оснований определя­ ются условные постоянные для всего основания значения мо­ дуля деформации и коэффициента Пуассона. Необходимые указания по определению крена i по формулам теории упру­ гости даны в [26, прил. 2], а также в [8]. По теории упруго­

случае для квадратного и круглого фундаментов при модуле

где s' , s" — осадки угловых (квадратный фундамент) или краевых (круглый фундамент) точек подошвы фундамента

срасстоянием L между ними (L = Ъ или L = ^ф). Зависимость (21) определяет величину крена фундамента

ввертикальной плоскости, проходящей через рассматривае­ мые точки подошвы, положение которых в плане назначается

сучетом пространственной неоднородности основания. Осадки

5', 5" находят по формулам (5) — (7) или (17). При этом эпюра Ozp по вертикали, проходящей через соответствующую точку подошвы фундамента, определяется от равномерно рас­ пределенной нагрузки на основание, равной среднему давле­ нию р по подошве (в центре подошвы). В случае квадратного фундамента РО для построения эпюры ozp по угловой верти­ кали используются соответствующие указания и [26, прил. 2]. Для построения эпюр <jzp по краевым или другим вертикалям в случае круглых фундаментов здесь приводится отсутствую­

ординатами rEt гЕ находят по табл. 5 на пересечении горизон­ тали тг = гЕ/гф и вертикали пг = г Е/гфу где Гф = с?ф/2 — радиус подошвы РО; напряжение az = kozp.

Продолжение табл. 5

Зависимость (21) может быть использована и для крена L В этом случае для вычисления осадок s' и s" эпюры огр по вертикалям должны определяться от давления, равного нор­ мальным напряжениям по подошве внецентренно нагружен­ ного фундамента по формуле (3).

При возведении реакторных отделений на основаниях, со­ держащих слои водонасыщенных малопроницаемых грунтов, большую значимость приобретают вопросы прогноза смеще­ ний во времени, в частности, имея в виду большие сроки строительства РО и значительные давления, создаваемые ими на основания. В этих случаях определение осадок (кренов) для различных моментов времени связано с решением задачи теории уплотнения (консолидации) грунтов, которая приме­ нительно к квадратным и круглым фундаментам РО носит сугубо пространственный (трехмерный) характер.

При решении таких задач широкую практическую реали­ зацию получила так называемая «основная расчетная мо­ дель» В. А. Флорина [10]. Наиболее существенным момен­ том этой модели является гипотеза о равенстве тотальных (полных) напряжений, складывающихся из эффективных напряжений в скелете и давлений поровой воды, напряжениям стабилизированного состояния. В итоге решения задачи кон­ солидации сводятся к решению уравнения уплотнения, в ко­ тором неизвестным является только поровое давление или напор. Основная расчетная модель и ее различные модифи­ кации позволяют4решать задачи консолидации массивов .при всестороннем учете различных особенностей поведения много­ фазных грунтов (структурной прочности, сжимаемости, ползу­ чести скелета грунта, начального градиента напора, перемен­ ной проницаемости, влияния защемленного и растворенного газа и др.), изменения внешних нагрузок во времени и т. п. Накоплен большой опыт применения модели и определения характеристик компонентов (скелета, воды, газа) грунта, не­ обходимых для расчетов.

В. А. Флорин в 1948 г. предложил общий способ числен­ ного интегрирования дифференциальных уравнений уплотне­ ния на основе использования метода конечных разностей (МКР). В результате уже в 40—50-е годы был решен ряд содержательных задач, а позднее круг их значительно расши­ рился при реализации метода в программах для ЭВМ. В на­ стоящее время такие программы имеют многие проектные и исследовательские организации. Различной сложности про­ граммы расчета плоской и пространственной консолидации на ЭВМ ЕС-1022 и БЭСМ-6 эксплуатируются на кафедре «Подземные окружения, основания и фундаменты» ЛГТУ, они могут быть использованы для расчета оснований РО.

При больших плановых размерах фундаментов РО и ма­ лой толщине консолидирующихся слоев глинистых грунтов для приближенной оценки характера изменения осадки во времени может быть привлечена одномерная задача консоли­ дации, имеющая аналитическое решение в виде формул для напоров, осадок и др., что удобно для учебного проектировавания. В частности, определение осадки РО с учетом времен­ ных процессов (отжатие воды, ползучесть окелета) по одно­ мерной схеме рекомендуют нормы [17]. При этом в качестве критерия необходимости учета временных процессов прини­ мается коэффициент затухания осадки, определяемый по вы­ ражению

уплотнения и фильтрации грунта; рв — плотность воды; hc\— расчетная толщина, принимаемая hci = h при наличии двух­ стороннего и hci = 2h одностороннего дренажа, h — тол­ щина консолидирующегося слоя глинистого грунта; tc — время строительства РО.

В нормах принимается, что расчет осадки основания, со­ держащего глинистый слой, с учетом временных процессов не* обходим, если Mk ^ 0,7. В случае оснований, сложенных только глинистыми водонасыщенными грунтами, в качестве критерия необходимости учета явлений консолидации может использоваться величина среднего по сжимаемой толще коэф­ фициента консолидации cv. Согласно [17], расчет консолида­ ции необходим при cv ^ 107 см2/год.

Осадку РО к моменту времени t с учетом временных про­ цессов (консолидация с учетом ползучести скелета грунта) ре­ комендуется определять [17] по формуле

где 5— осадка основания за счет деформации слоев песчаных

(17); Sw(t), sc(t) — соответственно осадки основания за счет деформации слоев водонасыщенных (5Г^ 0,85) и неводо­

в <yZp i — то же, что и в формуле (5); hci t— расчетная толщина (см. формулу (22)) Z-го слоя водонасыщенного глинистого грунта; mv\/ — коэффициент относительной сжимаемости /-го слоя от действия дополнительных напряжений azp*; Mk i— коэффициент затухания осадки /-го слоя, определяемый па формуле (22) для времени /, отсчитываемого от момента до­ стижения по подошве фундамента РО давления от 50% на­ грузки; mV2 i — коэффициент относительной сжимаемости при так называемой вторичной консолидации /-го слоя от действия напряжений azPi\ t' —■время вторичной консолидации (/' > > / ф ) ; t<i>— время, соответствующее степени фильтрационной консолидации, равной 0,9, и определяемое из зависимости

строительства реакторного отделения; коэффициент относи­ тельной сжимаемости гги(ть{ i или mV2 i) /-го слоя связан с ха­

ное деление процесса консолидации на два этапа: «первич­ ная» — «фильтрационная» и «вторичная» консолидация. Счи­ тается, что на первом этапе (/ ^ /ф) уплотнение грунта опре­ деляется процессами отжатая воды, на втором (/ > /ф) — свойствами ползучести скелета грунта. С позиций современ­ ного состояния и возможностей теории консолидации деление процесса уплотнения на последовательные этапы нельзя счи­ тать оправданным ни физикой протекающих в грунте явлений* ни даже соображениями чисто расчетного характера. Приме­ няемые программы решения задач уплотнения на ЭВМ по­ зволяют учесть совместно протекающие процессы отжатая воды из пор грунта и ползучести его скелета на любом этапе уплотнения.

Формула (23) позволяет определить осадку 5 СТр на момент

четные значения осадок 5, 5 ЭКспл, 5 СТр и крена / не должны

прежде всего опасностью нарушения коммуникаций и, в част­ ности, труб, подающих воду или другой теплоноситель для

охлаждения активной зоны или защиты реактора, поврежде­ ние которых, возможное при 5 > 5И, 5экспл > 5ЭКСпл может привести к аварии реажтора. Неравномерность осадки и крен фундаментов РО в случае реакторов применяемых типов мо­ гут вызвать отклонение от заданного положения вертикаль­ ных или горизонтальных каналов с ядерным горючим, затруд­ нив его загрузку и разгрузку, а также замену трубок, обра­ зующих рабочие каналы, или привести, и это наиболее опасно, к деформации каналов регулирующих стержней и, как след­ ствие, iK аварии реактора. В настоящее время при проектиро­ вании крен РО ограничивают весьма жестко величиной iu= = 0,001 для основного сочетания нагрузок, что существенно меньше, чем величины iU принимаемые при проектировании промышленных зданий и сооружений, и iu= 0,003 при учете особых воздействий.

Оценку несущей способности системы «реакторное отделе­ ние— основание» производят исходя из условия (10), в кото­ ром согласно [17] коэффициенты ус, уп рекомендуется прини­ мать равными: ус = 1 для песков, кроме пылеватых, невыветрелых и слабовыветрелых скальных грунтов, в остальных случаях ус = 0,9; уп= 1,25.

Расчет по несущей способности производят на основное и особое сочетания нагрузок. В особое сочетание, кроме тех нагрузок, которые учитываются в основном сочетании, допол­ нительно включаются воздействия от максимального расчет­ ного землетрясения (M P3), воздушной ударной волны и па­ дения самолета, принимаемых действующими разновременно.

В соответствии с нормами проектирования РО [17] при оценке несущей способности их оснований рекомендуется рас­ сматривать схемы глубинного и плоского сдвига, так назы­ ваемый «смешанный сдвиг» [27] в запас устойчивости в рас­ чет не принимается.

При оценке устойчивости нескальных оснований РО по схеме глубинного сдвига для определения силы предельного сопротивления (несущей способности) Fu однородного осно­ вания в стабилизированном состоянии рекомендуется [17] использовать зависимость (13), в которой Nu заменяется на Fu. Необходимые для вычисления силы Fu безразмерные коэф­ фициенты несущей способности 7VT, Nq, NCi зависящие в (13) от расчетного значения фг и угла наклона б силы Fu, приво­

приложенной нагрузки Nu и соответствующие таблицы для коэффициентов Nlt Nqy NCl они могут быть использованы для оценки устойчивости РО. Решения ТПР для более сложных случаев нагружения круглых фундаментов (внецентренно приложенная, наклонная нагрузка и т. п.) отсутствуют. При учебном проектировании допускается определять несущую способность однородного основания круглого фундамента РО диаметром d$ по зависимости (13) как для равновеликого по площади квадратного фундамента, принимая для него / = Ь= Ул/4 d$.

Для случаев оценки устойчивости по схеме глубинного сдвига, исключающих применение решений ТПР (неоднород­ ное основание, нестабилизированное состояние грунтов и т. п.), следует применять метод круглоцилиндрических по­ верхностей скольжения [8, 10]. Суть, возможности и «тех­ ника» метода изложены выше (с. 20, 21) применительно к от­ дельным фундаментам. При использовании данного метода для оценки устойчивости системы «основание—фундамент РО» применяется та же методика расчета (определение коэф­ фициента запаса устойчивости /С3, поиск опасной поверхности скольжения с /С3 min и т. п.), что и в случае оснований отдель­ ных фундаментов.

При одновременном действии вертикальных и значитель­ ных горизонтальных сил для фундаментов РО наряду со схе­ мой глубинного сдвига обоснованной становится оценка устой­ чивости на сдвиг по подошве фундамента или по слабой про­ слойке основания ниже подошвы. Нормы [17] рекомендуют такую проверку выполнять по СНиП 2.02.02—85. Основания гидротехнических сооружений, для которых эти расчеты яв­ ляются одними из основных. Положения и методика расчета РО на плоский сдвиг остаются такими же, как изложенные выше (см. разд. 1) для отдельных фундаментов колонн. В об­ щем случае действия вертикальных и горизонтальных сил расчеты РО выполняются одновременно по схемам сдвига по плоской и круглоцилиндрической поверхностям скольже­ ния; за расчетный принимают вариант с наименьшим коэф­ фициентом запаса устойчивости.

В случае оснований РО, сложенных скальными однород­ ными невыветрелыми, слаботрещиноватыми грунтами, оценку несущей способности осуществляют по формуле (14) и усло­ вию (10); в других случаях скальных оснований (неоднород­ ные, выветрелые грунты и т. п.) расчет устойчивости произ­ водят по схемам плоского и глубинного (по друглоцилиндрической поверхности) сдвига [17].

Расчет несущей способности основания и оценка устойчи­ вости системы «основание—фундамент РО» по условиям

(10), (11) позволяют установить расчетный запас устойчиво­ сти для фундамента, размеры которого были определены по деформациям. При недостаточном в соответствии с нормами запасе устойчивости следует выбрать и обосновать меропри­ ятия, обеспечивающие повышение устойчивости до необходи­ мого уровня. В этом смысле кроме возможности и целесооб­ разности изменения размеров фундаментов РО в плане или глубины их заложения могут рассматриваться: 1) водозащит­ ные (устройство дренажей, противофильтрационных экранов, исключение утечек воды из водоводов в грунт) и технологи­ ческие (сохранение природной структуры грунта, исключение промораживания и др.) мероприятия по предохранению грун­ тов основания от ухудшения их свойств; 2) мероприятия, на­ правленные на преобразование (улучшение) строительных свойств грунтов (уплотнение или закрепление, замена грун­ тов, устройство уплотненных и армированных грунтовых рас­ пределительных подушек и др.); 3) конструктивные мероприя­ тия (устройство дренажного слоя под подошвой фундамента в случае глинистого основания, ограничение эксцентриситета внешних нагрузок, выбор глубины заложения РО и примыка­ ющих сооружений на одной отметке и др.).

Дальнейшее расширение строительства АЭС приводит к необходимости сооружения их в сейсмически активных райо­ нах. Основания реакторных отделений в этом случае должны быть рассчитаны на особое сочетание нагрузок с учетом сей­ смических воздействий максимального расчетного землетря­ сения (MP3). Предварительные размеры фундамента РО и глубину его заложения определяют расчетом основания на основное сочетание нагрузок, а окончательное определение размеров фундамента выполняют путем расчета сейсмостой­ кости его основания. Как и при статических воздействиях, расчеты несущей способности оснований РО и оценку устой­ чивости системы «основание — фундамент РО» при учете сей­ смических воздействий предложено осуществлять по схемам глубинного и плоского сдвига [17]. Такие расчеты, в частно­ сти, с использованием круглоцилиндрической и плоской по­ верхностей скольжения, производятся 1как квазистатические, т. е. выполняется статический расчет, в котором наряду с внешними статическими нагрузками учитываются силы инер­ ции, возникающие при распространении сейсмических волн. Оценку устойчивости выполняют по условию (11). Величины предельного коэффициента устойчивости Ки в условии (11), инерционных сил, а также коэффициентов условия (10) на­ значают по указаниям норм строительства в сейсмических районах.

При использовании решений теории предельного равнове­ сия (ТПР) оценку устойчивости выполняют по условию (10)