автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Сейсмическое микрорайонирование участков строительства мостов

На правах рукописи

Шестопёров Владимир Германович

"Сейсмическое микрорайонирование участков строительства мостов"

Специальность 05.23.11 "Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2006 г

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) на кафедре "Мосты".

Научный руководитель:

Доктор технических наук, проф. Осипов Валентин Осипович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук проф. Переселенков Георгий Сергеевич

Кандидат геол.-мин. наук Севостьянов Василий Всеволодович

Ведущая организация: ОАО Союздорпроект

Защита состоится "6" декабря 2006 г в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.06 при Московском государственном университете путей сообщения по адресу 127994, г.Москва, ул.Образцова д. 15, корпус 7 МИИТа.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу университета.

Автореферат разослан 2006 года

Ученый секретарь диссертационного совета

проф.Спиридонов Э.С.

Краткая характеристика работы

Актуальность темы. Землетрясения относятся к числу наиболее опасных стихийных бедствий, угрожающих человечеству. В прошлом столетии от землетрясений и вызываемых ими пожаров, лавин, цунами и оползней погибло более 2 млн. человек, из них в странах бывшего СССР — 155 тысяч человек (рис.1). Прямые экономические потери всех стран к концу прошлого века составляли в среднем 7 млрд. долл/год. Несмотря на принимаемые во многих странах меры по защите от землетрясений, до сих пор радикально уменьшить сейсмическую опасность не удалось. Увеличение плотности населения на наиболее опасных в сейсмическом отношении территориях приводит к росту социально-экономических потерь от землетрясений. Так число жертв землетрясений, поразивших в текущем столетии территории Таиланда, Индонезии, Пакистана, Индии, Ирана, Афганистана и других стран, составляет около 400 тысяч человек.

Рис. 1. Диаграмма людских потерь от землетрясений (в тыс. человек для всех стран

мира)

Россия принадлежит к числу государств, подверженных разрушительным землетрясениям. На Камчатке, Сахалине, в Прибайкалье, Южной Сибири, на Кавказе катастрофические землетрясения в прошлом происходили неоднократно и могут повториться вновь в недалёком будущем.

В нашей стране особую актуальность вопросу обеспечения сейсмостойкости транспортных сооружений как объектов, необходимых для организации спасательных работ после стихийных бедствий, придает тот факт, что большинство промышленных и гражданских сооружений в сейсмически опасных территориях России были построены в несейсмостойком исполнении или с недостаточными антисейсмическими мерами.

В районе стихийного бедствия в срочной помощи нуждаются тысячи людей. В этих условиях надёжность путей сообщения, обеспечивающих спасательные и восстановительные работы, приобретает исключительное значение. К сожалению, во многих случаях разрушение путей сообщения приводит к невозможности оказания срочной помощи пострадавшим от землетрясения и, соответственно, резкому увеличению жертв. По статистике всех крупных сейсмических катастроф основные потери человеческих жизней при землетрясениях происходят не непосредственно в момент события, а в последующие дни, из-за неоказания помощи получившим травмы, невозможности быстро извлечь людей из завалов, нехватки продовольствия и медикаментов.

Таким образом, железные, автомобильные и городские дороги, а также дороги промышленных предприятий, выполняющие важнейшие социальные, экономические и природоохранные функции, обеспечивающие транспортную доступность населённых пунктов, радиационно опасных энергетических сооружений, плотин, аэропортов и других особо ответственных объектов должны проектироваться так, чтобы обеспечить в районе стихийного бедствия безпрепятствен-ное движение транспорта, проведение спасательных работ, эвакуацию населения.

Значительная уязвимость мостов при землетрясениях, большая тяжесть последствий их разрушений и возможность возникновения в ряде регионов России сейсмических воздействий разрушительной силы позволяют отнести обеспечение сейсмостойкости мостов к числу актуальных научно-технических задач.

При проектировании транспортных сооружений с учётом возможных землетрясений наиболее слабым местом является правильное определение сейсмического воздействия. Если ошибки при определении усилий в элементах сооружений различными расчетными методами не превышают 5-10%, то неточность определения параметров сейсмического воздействия в отдельных случаях может составлять до 100-200%. Такое положение дел ведет к значительному перерасходу средств на антисейсмическую защиту или к строительству объектов с необеспеченной сейсмостойкостью.

Целью работы является разработка методики сейсмического микрорайонирования применительно к участкам строительства мостовых сооружений, позволяющая существенно уменьшить погрешности определения параметров расчётного сейсмического воздействия.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

- проведен анализ отечественных и зарубежных нормативных документов, научных и технических публикаций в области инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства;

- разработаны предложения по уточнению и дополнению сейсмической шкалы МБК-64 и комплекта карт общего сейсмического районирования ОСР-97, учитывающие особенности транспортного, в частности, мостового строительства;

- предложена методика определения границ расчётной толщи грунта при сейсмическом микрорайонировании участков строительства мостов и критерий классификации расчётных толщ в основаниях опор мостов по сейсмическим свойствам;

- определен критерий для отнесения грунта к эталонному (среднему) по сейсмическим свойствам;

- в развитие метода "сейсмических жесткостей" предложена формула для определения приращения балльности в створе мостовых переходов по отношению к эталонному (среднему) по сейсмическим свойствам грунту;

- предложена система поправочных коэффициентов для корректировки параметров сейсмического воздействия за счёт особенностей сейсмического режима в пункте строительства, местных инженерно-геологических и геоморфологических условий, характерных для строительства мостовых сооружений.

Следующие результаты диссертации имеют научную новизну:

- обобщение материалов обследований последствий землетрясений с оценкой глобального социального и экономического риска; в том числе в сфере транспортной инфраструктуры. Сведение типичных повреждений мостов в несейсмостойком исполнении при землетрясениях силой 7, 8,9 и 10 баллов в единую таблицу;

- обобщённое понятие сейсмического балла шкалы MSK-64, предложения по использованию этого понятия при СМР участков строительства мостов;

- предложение по использованию в качестве допустимой вероятности непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов;

- критерии нахождения границ расчётной толщи грунта и её классификации по сейсмическим свойствам;

- понятие эталонного (среднего по сейсмическим свойствам) грунта, как грунта, имеющего сейсмическую (акустическую) жёсткость pVs=655 т/м2с;

- система поправочных коэффициентов для корректировки скоростей и амплитуд колебаний грунта в створах мостовых переходов.

Практическая значимость заключается в том, что при использовании разработанных в диссертации решений обеспечивается равная надёжность сооружений одного уровня ответственности.

Апробация. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:

- на научно-технической конференции "Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов" 7-9 октября 2003 г, Москва, МИИТ

- на международной научно-практической конференция "Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений", г.Пенза, 16-17 сентября 2004 г;

на семинаре Росавтодора "Совершенствование конструктивно-технологических решений при строительстве мостовых сооружений", г.Павловск, 20-23 декабря 2005 г;

- на семинаре Росавтодора "Повышение уровня содержания искусственных сооружений на федеральных автомобильных дорогах. Применение новых конструкций, материалов, технологий, современных машин и оборудования", г.Сочи, 11-16 сентября 2006 г

Вопросы, выносимые на защиту: на защиту выносится совокупность предложений вошедших в методику сейсмического микрорайонирования. В том числе:

- модифицированная формула для определения приращения балльности по методу сейсмических жесткостей;

- формулы для определения поправочных коэффициентов на грунтовые условия и сейсмический режим;

- определение понятия дробного сейсмического балла с разработкой предложения по использованию этого понятия при СМР участков строительства мостов;

- уточнение понятия эталонного (среднего по сейсмическим свойствам) грунта, как грунта, имеющего сейсмическую (акустическую) жёсткость pV$=655 т/м2с;

- предложение по использованию в качестве допустимой вероятности непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов;

- дополнения к макросейсмической части шкалы MSK-64.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 10V страниц, 36 иллюстраций, 17 таблиц и Z приложения.

Реализация результатов работы. Полностью или частично результаты работы использовались при работах по проектированию капитального ремонта или строительства на следующих основных объектах:

- Виадук через долину р.Чемитоквадже на а/д Новороссийск-Тбилиси-Баку;

- Лавинозащиная галерея из ГМК на Рокском перевале;

- Эстакада на пересечении а/д Краснодар-Джубга с подъездами к г.Горячий Ключ;

- Виадук через долину р.Мацеста;

- Виадук на ГГК36 обхода г.Сочи;

- Мост через р.Бзуга на обходе г.Сочи

- Мост через р.Ангара в г.Иркутске;

- Лавинозащитная галерея на ж/д Чара-Чина.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в ряде отчётов по НИОКР, в 6 журнальных публикациях и 1 нормативном документе.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность проблемы, обоснована важность темы диссертационной работы.

В первой части диссертации, состоящей из трёх глав, выполнен анализ инженерно-сейсмологических работ и документов технического регулирования, составляющих информационную базу для выполнения работ по СМР в транспортном строительстве.

В первой главе "Сейсмические шкалы" дан ретроспективный обзор развития сейсмических шкал, приведен анализ недостатков действующей шкалы MSK-64. Так в её макросейсмической части отсутствуют многие разновидности дорожных сооружений (подпорные стены, галереи, опоры контактной сети, платформы, водопропускные трубы и т.п.). В описаниях повреждений транспортных сооружений отсутствует необходимая детализация - не приводятся такие важные характеристики мостов как их система (балочная, арочная и др.), материал (камень, дерево, бетон, железобетон, сталь), назначение (мост через водоток, виадук, эстакада и др). Описания повреждений дорожных сооружений носят сугубо качественный характер. В связи с отмеченными недостатками шкалы MSK-64 рядом специалистов (Т.Рашидовым, В.П.Солоненко, Г.С.Переселенковым, А.С.Гехманом и другими)

выполнены обследования деформаций земной поверхности и транспортных сооружений, предложены детализированные макросейсмические критерии балльности, характеризующие воздействие землетрясений разной силы на трубопроводы и другие сооружения, а также на земную поверхность.

Применительно к мостам характерные повреждения приведены в табл.1, составленной автором на основании сведений о последствиях землетрясений в России и за рубежом.

Также в первой главе дано предложение по определению и использованию дробного балла шкалы М8К-64.

Функциональная зависимость между баллом шкалы МБК-64 и ускорением колебаний грунта принята в виде ступенчатой функции в самой сейсмической шкале (рис.3.б) и в виде дискретной функции в строительных нормах (рис.3.в). В обоих случаях функция определена только при целочисленных значениях силы землетрясения (в гл.СНиП Н-7-81* при 1=7, 8 и 9 баллов).

В инженерной сейсмологии для определения силы землетрясения I по магни-туде М используется уравнение макросейсмического поля

1 = ЪМ- у^Л/А2 +к2 +С , (1),

где I — интенсивность сотрясений в произвольном пункте на расстоянии А от эпицентра, баллы; М — магнитуда землетрясения; Ь — глубина очага, км; Ь, V, с — региональные коэффициенты, в среднем принимаемые Ь=1.5, у=3.5, с=3.0.

Таблица 1

Характерные повреждения мостов при землетрясениях

Сила землетрясения в баллах шкалы М8К-64. Ускорения колебаний грунта в горизонтальной плоскости, см/с2 Повреждения мостов

7 баллов 50-100 Местные деформации конструкций: Трещины в массивных неармированных конструкциях опор мостов через водотоки. Трещины и сколы защитного слоя бетона в рамных железобетонных опорах путепроводов. Повреждения шкафных стенок устоев, разновысоких подфермен-ников, торцов балок, блоков ограждения проезжей части над деформационными швами. Разрывы в ослабленных трещинами неармированных конструкциях опор. Небольшие смещения* устоев к середине моста.

8 баллов 100-200 Общие деформации конструкций: Значительные осадки фундаментов при их опирании на неплотные песчаные отложения. Наклоны опор. Поворот в плане неразрезных пролетных строений. Значительные смещения устоев к середине моста.

9 баллов. " 200-400 Нарушение прочности: Разрывы в железобетонных опорах. В отдельных случаях подбрасывание разрезных железобетонных пролетных строений с разрушением опорных участков главных балок и их переламыванием в пролёте. Смещение с опорных площадок и обрушение консолей пролетных строений мостов рамно-консольной системы.

10 баллов. 400-800 Нарушение устойчивости: Сдвиг и обрушение надфун-даментных частей каменных и бетонных опор. Сдвиг по оголовкам опор и падение балочных разрезных пролётных строений. Опрокидывание отдельных секций многопролётных виадуков и эстакад. Потеря устойчивости отдельных элементов стальных ферм.

* под небольшими горизонтальными и вертикальными отклонениями конструкций от проектного положения понимаются перемещения в пределах 10 см.

По этому уравнению сила землетрясения на участке строительства в общем случае получается в виде десятичной дроби с одной значащей цифрой после запятой. Для нахождения ускорения колебаний грунта приходится округлять дробную величину балла до ближайшего целого значения. При этом возникает ошибка округления величиной до 0.5 балла или до 50% от определяемой величины ускорения.

8

ее х

8

ее CL

Е 7

3 6

тж ■

ь чС1

у

|/

50 100 150 200 250 300 350 400 Ускорение колебаний грунта w, см/с?

= и

ñ е

Рис.2. Зависимость между ускорением колебаний грунта и силой землетрясения:

а) по экспериментальным данным, обработанным С.В.Медведевым; б) по шкале М8К-64; в)строительным нормам (гл.СНиП Н-7-81*); г) по предлагаемым таблицам при использовании шага шкалы в 0.5 от целого балла.

Для уменьшения влияния ошибок округления на определяемую сейсмичность участка строительства можно использовать дробную величину балла на картах сейсмического микрорайонирования.

Для определения понятия дробного балла рассмотрим зависимость

1^ = к1-с, (2),

где — ускорение колебаний грунта в см/с2, I — балл землетрясения, к, с — эмпирические коэффициенты.

Данное уравнение определяет зависимость ускорения \у от силы землетрясения I в виде геометрической прогрессии (при целых значениях 1) или в виде показательной функции (при любом I).

В самом деле из уравнения следует, что \у=10н"с и отношение ускорений при

И7+1 10*(/+1>"с к

толчках силой 1+1 и I равном =-—-=10 , т.е. ускорения образуют

и'/ Ю с

геометрическую прогрессию со знаменателем 10к. Согласно вычислениям С.В.Медведева к=0.3. Следовательно, последовательность ускорений имеет знаменатель я=Ю03=1.99«2.0.

Зависимость (2) менее удобна для вычислений, чем каноническая форма общего члена геометрической прогрессии црэд1"1, где а!-первый член прогрессии, — ьый член прогрессии, q-знaмeнaтeль прогрессии.

В качестве первого члена ряда ускорений принимаем \у=100 см/с2, т.е. ускорение, соответствующее толчку силой 7 баллов по нормам. Общий член ряда (прогрессии) находим по формуле

\У7+Л1= 100х2А1, (3)

где А1 — приращение балльности по отношению к исходному (седьмому) баллу.

Аналогично предыдущему получаются формулы для вычисления скорости и перемещения при сейсмических колебаниях грунта:

У7+Д1=8.0х2д1, (4)

1^=4.0x2^, (5)

где первый член ряда значений скорости 8.0 см/с и ряда значений перемещений 4.0 см соответствуют толчку силой 7 баллов.

Используя формулы (2)-(5) можно составить таблицы значений параметров колебаний грунта в важном для строительства транспортных сооружений диапазоне балльности (от 7.0 до 10.0 баллов с шагом 0.1 балла) и таким образом определить понятие дробного балла через соответствующие значения параметров колебаний грунта.

При уточнении исходной сейсмичности и сейсмическом микрорайонировании нужно решить обратную задачу: по силе землетрясения, выраженной в долях

целого балла найти ускорение, скорость или амплитуду перемещений грунта. Рассмотрим решение одной из таких задач в качестве примера использования таблиц.

Во второй главе рассматриваются карты общего сейсмического районирования территории нашей страны, создание которых началось около 70 лет назад (Г.П.Горшков, Н.Н.Ботвинкин и др). В этой работе принимали участие многие выдающиеся геологи и сейсмологи (С.В.Медведев, В.П.Солоненко, В.И.Бунэ, В.И.Уломов и др).

Последняя редакция карт общего сейсмического районирования ОСР-97 носит вероятностный характер. Для эффективного использования карт большое значение имеет правильный выбор допустимой вероятности превышения расчётного сейсмического воздействия. На основании анализа сейсмологических данных соискатель предлагает несколько увеличить эту вероятность для сооружений особой ответственности (или уменьшить интервал времени между толчками расчётной силы для данной группы сооружений с 5000 до 2000 лет).

В третьей главе приводится методика уточнения исходной сейсмичности (УИС), которая была разработана с участием соискателя при выполнении проект-но-изыскательских работ для строительства ряда крупных транспортных объектов. К этим объектам относятся мосты и виадуки на автодорожном обходе г.Сочи, виадук через долину р.Чемитоквадже, галерея на Рокском перевале, мосты на подходе к г.Владикавказу, городской мост через Ангару в Иркутске и др.

Анализ сейсмической опасности и рекомендации по уточнению сейсмичности за счет учета особенностей сейсмического режима в пунктах строительства (реконструкции) упомянутых сооружений взяты из соответствующих отчетов по объектам. Методика уточнения исходной сейсмичности опубликована в двух журнальных статьях и включена в нормативный документ МДС 22-1.2004.

Работы по УИС пунктов строительства транспортных сооружений осуществлялись с привлечением геологов и сейсмологов (д.физ-мат.наук В.И.Уломов, д.геол.-мин.наук Е.А.Рогожин и других специалистов). Эти учёные собирали и обобщали материалы по сейсмотектонике и сейсмической опасности изучаемой территории.

Материалы исследований по сейсмотектонике включали сведения о положении возможных очагов землетрясений в радиусе до 100 км от пункта строительства, о типе разломов и характеристиках разрывных движений, о максимальных зарегистрированных и прогнозных значениях магнитуд, о наблюдаемых и наиболее вероятных глубинах очагов, о сейсмодислокациях в кровле коренных пород и в слоях покровных отложений, а также о других проявлениях современной сейсмотектонической активности, выявляемых геодезическими, геохимическими и геофизическими методами.

Работами по сейсмическому районированию установлены эпицентральные зоны сейсмических событий прошлых лет, получены макросейсмические оценки силы этих землетрясений, найдены региональные коэффициенты уравнения макро-сейсмического поля, а также расчетные данные о сейсмическом режиме (средних значениях периода повторения землетрясений) в пункте строительства.

В диссертации обработаны сведения о сейсмическом режиме в 20 пунктах на территории России. Из них 7 пунктов расположены на Северном Кавказе, 9 — в Восточной Сибири и 4 — на Дальнем Востоке.

Собранные данные (табл.2) показывают, что расчётные значения среднего интервала времени между землетрясениями, указанной на карте ОСР-97(В) силы, как правило, отличаются от нормативной величины 1000 лет, регламентированной для проектирования сооружений повышенной ответственности. Причём в одних пунктах (Чара, Чина, Горячий Ключ, Улан-Удэ и др) расчётная частота событий оказывается больше, а в других пунктах (Мацеста, Владикавказ, Грозный, Новороссийск, Иркутск и др) — существенно меньше нормативной.

Таким образом, фактически использование комплекта карт ОСР-97 не позволяет обеспечить одинаковую степень сейсмостойкости сооружений одинаковой ответственности в пределах территорий, охватываемых каждой из карт. Вариации сейсмического режима по площади выделенных на картах ОСР-97 зон требуют специального учета этого фактора.

Для приведения параметров расчетного сейсмического воздействия к предписанной нормами частоте расчетных событий предложена следующая процедура.

На первом этапе исследований расчетным путем определяют средние промежутки времени Т( между сейсмическим сотрясениями разной силы в пункте строительства применительно к относительно ровным участкам местности^ сложенным грунтами со средними сейсмическими свойствами.

Затем по найденным парам чисел (1,,Т{), с использованием математических приемов обработки экспериментальных данных, находят коэффициенты корреляционного уравнения логарифмического типа (уравнения сейсмического режима) 1=а+Ъ1£Т.

ГГроше всего коэффициенты уравнения сейсмического режима определить, полагая график искомой зависимости проходящим через две крайние точки (1тт5 Тшт) и (1тах, Ттах) рис.3.

Таблица 2. Периоды повторения землетрясений для некоторых пунктов на

территории России

Название Название Периоды повторения землетрясений

региона пункта силой I (баллы)

7 8 9

Северный Горячий Ключ 160 500 2000

Кавказ Мацеста 210 830 3500

Головинка 210 830 3500

Рокский перевал 48 200 1000

Владикавказ 40 240 2000

Грозный 130 540

Новороссийск 100 330 1670

Восточная Улан-Удэ 160 650 3000

Сибирь Новоселенгинск 190 880 5500

Кяхта 250 980 4900

Иркутск 200 660 3000

Ангарск 300 1500 7300

Джида 200 1000 7000

Чара 52 190 720

Чина 50 190 680

50 км к югу от Чины 160 550 2470

Дальний Восток 60 км к западу от Лазарева 200 1700

Лазарев 70 350 2500

Погиби 70 350 2500

60 км к востоку от Погиби 40 120 500

В этом случае

Ъ=

-I г

^тах-^тш '

(6)

а=1т1п-Ь^Тт1П, (7)

Полученная таким образом зависимость 1=а+Ь^Т позволяет найти уточнённую силу землетрясения, соответствующую заданному промежутку времени Т=500 лет, 1000 лет, 5000 лет или иному обоснованному значению Т.

В общем случае уточнённая сила землетрясения отличается от сейсмичности района, указанной на картах ОСР-97 на положительную или отрицательную величину 51, которая вычисляется с округлением до 0.1 балла.

Рассмотрим составление уравнения сейсмического режима для пункта строительства на примере створа предполагаемого транспортного перехода через пролив

Невельского. Согласно сейсмологическим расчётам промежутки времени между землетрясениями силой 7,8 и 9 баллов по шкале МБК-64 составляют здесь Т7=70 лет, Т8=350 лет, Т9=2500 лет. Сейсмичность участка на карте ОСР-97(В) равна 9 баллам.

« со

о л

3 «

ье и

X 3

г с;

£ 5

4> О

О

л/

1§Т£ ВД

Логарифм промежутка времени между толчками 1дТ

Рис.3. Построение графика сейсмического режима

Найдём коэффициенты уравнения сейсмического режима по формулам (6) и (7):

9-7

Ъ=-—-=1.29

Ig2500-lg70

и a=7-1.291g70 = 4.62

Следовательно, соотношение между десятичным логарифмом промежутка времени Т и силой толчка в баллах I можно приближённо представить в виде корреляционной зависимости 1=4.62+1.291gT.

Подставляя в найденное уравнение сейсмического режима значение интервала времени 1000 лет (транспортный переход через пролив Невельского должен рассматриваться как сооружение повышенной ответственности), находим уточнённую сейсмичность створа транспортного перехода 1=4.62+1.29x3=8.5 балла.

Далее определяем поправку на сейсмический режим в виде множителя Кс.р. к параметрам колебаний грунта при землетрясении указанной на карте ОСР-97(В) силы 9 баллов. При этом будем считать, что при сейсмическом воздействии силой 9 баллов ускорение колебаний среднего по сейсмическим свойствам грунта вблизи створа перехода достигает 0.4g, где g-ускорение силы тяжести.

Кср=251, (8)

где 51 — изменение балльности за счёт использования расчётных данных о сейсмическом режиме в пункте строительства.

Коэффициент Kj.p. равен отношению ускорений колебаний грунта при толчке расчетной силы 8.5 балла и при толчке силой 9 баллов, указанной на карте ОСР-97(В) как сейсмичность района транспортного перехода.

Согласно шкале MSK-64 величины ускорения горизонтальных колебаний грунта, соответствующие целочисленным значениям баллов, образуют возрастающую геометрическую прогрессию со знаменателем 2. Обобщая эту зависимость на дробные значения баллов, получаем формулу для вычисления искомого поправочного коэффициента.

В нашем случае по формуле Кср=2"°'5 находим величину поправочного коэффициента к ускорению 0.4g, которая с округлением до первой значащей цифры равна 0.7. Следовательно, поправка на сейсмический режим позволяет в нашем случае уменьшить расчётное ускорение грунта на 30%. В такой же пропорции уменьшаются другие параметры колебаний грунта (скорость и перемещение).

Соискателем найдены уравнения сейсмического режима и по ним выполнены расчёты приращения балльности для 20 пунктов на территории России.

Полученные значения приращений балльности изменяются в следующих пределах:

- для пунктов по карте ОСР-97(А) от -0.7 до +0.5 балла;

- для пунктов по карте ОСР-97(В) от -0.9 до +0.5 балла;

- для пунктов по карте ОСР-97(С) от -0.6 до +0.8 балла;

Поправочный коэффициент Kç.p. изменяется в пределах от 0.6 до 1.2 (для карты ОСР-97(А)), в пределах от 0.5 до 1.4 (для карты ОСР-97(В)) и в пределах от 0.7 до 1.7 (для карты ОСР-97(С)), т.е. поправки на сейсмический реясим оказываются значимы как с экономической точки зрения, так и с позиции обеспечения надежности сооружений при землетрясениях.

Разработанная с участием соискателя методика учета сейсмического режима в пунктах строительства даёт возможность рассчитывать сооружение одного класса

13

ответственности с одинаковой обеспеченностью по отношению к сейсмическому воздействию. Это, в свою очередь, позволяет в одних случаях существенно уменьшить стоимость антисейсмических мероприятий, в других — повысить сейсмостойкость строящихся (реконструируемых) объектов до требуемого уровня и избежать тяжёлых социально-экономических потерь от предстоящих землетрясений.

Вторая часть диссертации (главы 4 и 5) содержит исследование влияния местных инженерно-геологических условий на сейсмичность строительных площадок.

В первом параграфе рассматриваются методы сейсмического микрорайонирования. Под сейсмическим микрорайонированием (СМР) обычно понимают прогноз амплитудных и спектральных характеристик колебаний грунта в зависимости от инженерно-геологических и геоморфологических условий.

Ниже остановимся на методах СМР применительно к собственно сейсмическому (вибрационному) воздействию.

В настоящее время в России сейсмическое микрорайонирование выполняется несколькими методами, которые можно объединить в две группы:

- приближённые методы, использующие данные общих инженерно-геологических изысканий;

- уточнённые методы, использующие данные специальных инженерно-сейсмологических исследований, включающих полевые геофизические работы, записи на временных (или постоянных) сейсмометрических станциях колебаний грунта при землетрясениях и взрывах, расчеты колебаний грунтовой толщи.

Рассмотрим приближенный способ СМР, представленный табл. 1 * в нормах сейсмостойкого строительства.

Согласно упомянутой таблице грунты по сейсмическим свойствам подразделяются на три категории. Критерием для отнесения к той или другой категории служит вид грунта (скальный, крупнообломочный, песчаный, глинистый), а также его свойства (степень выветрелости, плотность, влажность, пористость, пластичность и др). В табл.3 и 4 показаны категории песчаных и глинистых грунтов по сейсмическим свойствам.

Таблица 3

Категории песчаных грунтов по сейсмическим свойствам

Наименование грунта Влажность Состояние грунта

плотное средней плотности рыхлое

Пески гравели-стые, крупные и средней крупности маловлажные или влажные ШРШг illlpl;^' III

водонасьпценные III

Пески мелкие и пылеватые маловлажные Wit 11,=: fiV^Efc II -^iiss: III

влажные III III

водонасьпценные III III

Таблица 4

Категории глинистых грунтов по сейсмическим свойствам ■

Наименование грунта Коэффициент пористости Состояние грунта

твёрдое полутвер дое тугопластич-ное мягкопластич-ное

Супеси 0.5 II II III Г

0.7 ИТ Iff ш

Суглинки 0.5 11 II

0.7 II II

0.9 ш III 1« .

Глины 0.5 II II

0.7 11 II

0.9 ш ИЙ III г-ж : Ш

Примечание. Категория тугопластичных супесей, суглинков и глин при коэффициенте пористости е<0.7 для супесей и е<0.9 для суглинков и глин в нормах [6] не определена.

Из рассмотренных материалов можно сделать вывод о том, что приближённые способы оценки сейсмичности площадок приведенные в национальных стандартах и европейских строительных нормах, существенно различаются между собой (от полу-тора-двухкратного увеличения ускорения в стандартах США и Японии до четырёхкратного по российским нормам). Кроме того, зарубежные нормы не рассматривают влажность и водонасыщенность песчаных грунтов как факторы, увеличивающие сейсмичность стройплощадки. Таким образом, приближённый метод гл.СНиП II-7-81 * содержит более осторожные оценки сейсмичности стройплощадок по сравнению с зарубежными нормами. К положительным сторонам табличного метода СМР отечественных норм относится простота его использования проектировщиками, т.к. вся необходимая исходная информация для оценки сейсмичности стройплощадки становится известна в результате выполнения общих инженерно-геологических изысканий в створе мостового перехода.

В зависимости от категории грунтов, слагающих верхнюю (обычно 10-метровую) толщу инженерно-геологического разреза сейсмичность стройплощадки принимают равной сейсмичности района (для грунтов категории II), повышают или понижают на один балл шкалы MSK-64. Таким образом, сейсмичность площадок, сложенных

грунтами категории I, отличается от сейсмичности площадок в основании которых залегают грунты категории III, на два балла, а по ускорениям колебаний грунта в 4 раза.

В зарубежных нормах также широко используется метод оценки сейсмичности стройплощадок по характеру инженерно-геологического разреза приповерхностной толщи грунтов.

Метод сейсмических жесткостей. При выполнении инструментальных работ по сейсмическому микрорайонированию участков строительства сооружений различного назначения в части учета местных инженерно-геологических условий наиболее широко применяется метод сейсмических (акустических) жесткостей, принципиальные положения которого были разработаны С.В.Медведевым.

Предложение С.В.Медведева было обосновано эмпирическими данными, указывающими на связь сейсмической жёсткости грунтов и степени повреждения зданий при землетрясениях. В частности, анализ повреждений однородных зданий, возведенных на наиболее прочных невыветрелых скальных породах и на самых слабых грунтах при низком уровне грунтовых вод, позволил считать приращение силы землетрясения на слабых грунтах равным 3 баллам по шкале MSK-64.

По методу сейсмических жесткостей приращение балльности на исследуемой площадке, сложенной грунтом естественной влажности, по отношению к наиболее прочному скальному (эталонному) грунту определяется по формуле:

51 = 1 •67[lg(p3TV3T)-lg(pHCV„c)], (9)

где 51 — приращение силы сейсмического воздействия, измеряемое в баллах шкалы MSK-64, на исследуемой площадке по отношению к наиболее безопасному в сейсмическом отношении участку за счёт различия сейсмической жёсткости грунтов;

Уэт и V„c — скорости продольных сейсмических волн, км/с, в наиболее прочных скальных породах, например, в граните и в исследуемом грунте;

Рэт и рис - плотности гранита и исследуемого грунта, т/м3.

Многими последующими исследованиями установлено увеличение скорости распространения продольных волн в песках и крупнообломочных грунтах с песчано-глинистым заполнителем при их водонасыщении. При этом в галечниках скорость продольных волн возрастает в среднем в 2.9 раза, а в песках в 3.5 раза.

По формуле 9 увеличение скорости продольных волн в грунте стройплощадки (исследуемом грунте) означает уменьшение приращения балльности, т.е. понижение сейсмической опасности при водонасыщении грунта, что явно противоречит наблюдаемым при землетрясениях повреждениям сооружений. В связи с этим С.В.Медведев предложил при СМР водонасыщенных участков приводить скорости продольных волн в грунтах к их значениям в необводненном состоянии, что значительно осложняет использование метода сейсмических жесткостей, соответствующих скоростям продольных волн.

В дальнейшем методика СМР по способу сейсмических жесткостей была существенно исправлена и дополнена на основании данных ряда теоретических и экспериментальных исследований. В частности, Н.Д.Красников предложил для оценки сейсмичности строительных площадок дополнительно использовать скорости поперечных сейсмических волн по формуле

Р V

81=1.591g ( w эт), (10)

Рис^ыс

Практически приращение балльности для грунтов естественной влажности, определяемой по формулам С.В.Медведева и Н.Д.Красникова очень близки, но формула (10) гораздо больше соответствует экспериментальным (натурным) данным для водонасыщенных оснований.

Для учета влияния уровня воды в грунте h на интенсивность колебаний песчаных, супесчаных, суглинистых и крупнообломочных отложений С.В.Медведев предложил поправку к основной формуле (9), согласно которой при h>10 м изменением сейсмичности площадки можно пренебречь, при h=4 м сейсмичность площадки 16

повышается на 0.5 балла, при Ь=1 м увеличение сейсмичности приближается к одному баллу.

Основываясь на материалах отечественных и зарубежных исследований, диссертант предлагает отказаться от учёта воды в грунте при оценке сейсмичности участков строительства мостов по методу сейсмических жесткостей. При расчете приращения балльности за основу можно принять формулу С.В.Медведева (9) с заменой скоростей продольных волн на скорости поперечных волн.

Если расчетная толща грунта состоит из нескольких слоев, то в этом случае принимается во внимание средневзвешенная сейсмическая жёсткость пачки слоёв, определяемая по формуле т

«..)

Ей/

где — толщина ¡-го слоя пачки, м; Р;УГ сейсмическая жёсткость ьго слоя пачки, т/м2с, относительно поперечных сейсмических волн.

Плотность грунтов р, инженерно-геологического разреза устанавливается при общих инженерно-геологических изысканиях. Скорости поперечных волн в слоях находят по данным сейсморазведки или используя корреляционные уравнения, связывающие физические свойства грунтов и глубину расположения слоя с величиной скорости поперечных сейсмических волн.

Изложенная методика имеет тот недостаток, что получаемое приращение балльности относится к монолитному граниту, а задача сейсмического микрорайонирования заключается в определении приращения балльности по отношению к площадкам, сложенным средним по сейсмическим свойствам грунтом.

Средними по сейсмическим свойствам считаются грунты второй категории, описание которых имеется в табл.1* СНиП П-7-81*. К этой обширной по своему составу категории относятся грунты, наиболее часто служащие основанием для фундаментов гражданских и промышленных зданий, в том числе скальные выветрелые и сильновыветрелые грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности, плотные и средней плотности, маловлажные и влажные, глины твёрдой и полутвёрдой консистенции при коэффициенте пористости менее 0.9.

Согласно РСН-60-86 плотность средних грунтов лежит в диапазоне значений 1.7-1.8 т/м3, скорости поперечных сейсмических волн изменяются от 250 до 350 м/с. Фактически плотность и скорости поперечных волн для грунтов второй категории изменяются в более широких пределах. Это вносит существенную неопределённость в основную характеристику сейсмических свойств грунта второй категории — его расчётную сейсмическую жёсткость. Для определения последней рассмотрим экспериментальные данные, относящиеся к скоростям поперечных сейсмических волн в природных условиях.

Исследования иркутских геологов и сейсмологов основных типов изверженных и метаморфических пород в зоне строительства Байкало-Амурской магистрали позволили определить плотности и скорости сейсмических волн в этих грунтах. Наибольшие значения плотности 2.95 т/м3 и скорости поперечных волн У3=3500 м/с соответствуют базальту. Следовательно, наибольшая сейсмическая жёсткость скальных пород по скоростям поперечных волн (рУ5)тах=2.95х3500 = 10325 т/м2с.

Наименьшую сейсмическую жёсткость имеют насыпные неуплотнённые грунты, а также рыхлые мелкие пески и илистые грунты в устьях рек и в морских

проливах (заливах). Скорость поперечных сейсмических волн в таких грунтах снижается до 110 м/с при их плотности в водонасыщенном состоянии примерно 1.5 т/м3. Следовательно, сейсмическая жёсткость самых слабых грунтов будет (рУ,)шт=1.5x110=165 т/м2с. Приращение балльности для площадки, сложенной самыми слабыми грунтами, по отношению к монолитному базальту найдём по формуле 51=1.67^(10325/165)=3 балла.

Далее найдём значения жёсткости рУ5, соответствующие границам между грунтами различных категорий по сейсмическим свойствам.

К грунтам первой категории будем относить все горные породы, для которых приращение балльности по отношению к монолитному базальту не превышает одного балла. Из условия 1.67[1§(рУ0тах- 1с(рУ8)]=1 -0 находим искомую жёсткость для грунтов, лежащих на границе между грунтами первой и второй категорий. Эта жёсткость равна 2570 т/м2с, что примерно соответствует плотности р=2.4 т/м3 и скорости У5=1000-1100 м/с. Такие характеристики соответствуют осадочным трещиноватым горным породам типа песчаника или мергеля за пределами зоны наибольшего выветривания.

Сейсмическую жёсткость рУ8, соответствующую грунтам на границе между второй и третьей категориями, находим из условия 1.67[^(рУ8)тах- ^(рУ5)]=2.0. Этому условию удовлетворяют, в частности, песчаные и глинистые грунты при плотности р=1.9 т/м3 и скорости поперечных волн У8=350 м/с, т.е. покровные отложения, имеющие сейсмическую жёсткость рУ5=655 т/м2с.

Расчётную жесткость для среднего грунта по сейсмическим свойствам из допустимых значений рУ8 от 655 до 2570 т/м2с выбираем, исходя из экономических соображений, а также учитывая принятое при общем сейсмическом районировании представление о среднем грунте как о типичном грунте населённых мест, т.е. как о песчано-глинистых отложениях. Упомянутым условиям соответствует сейсмическая жёсткость рУ8=655 т/м2с. Это условие является определяющим для среднего по сейсмическим свойствам грунта.

Замена в формуле (9) скоростей продольных волн на скорости поперечных волн и подстановка в качестве жёсткости эталонного грунта жёсткости среднего грунта по сейсмическим свойствам позволяет найти нужное соотношение для определения приращения балльности на исследуемой площадке по отношению к площадке, сложенной средним грунтом

51=1.671ё-^, (12)

где рУ» — сейсмическая жёсткость грунта исследуемой площадки в т/м2с.

Согласно формуле (12) приращение силы землетрясения для площадок, сложенных выветрелыми скальными грунтами, составляет минус один балл, а для самых слабых песчаных и глинистых грунтов — плюс один балл шкалы МБК-64, т.е. интенсивность колебаний грунта на ровных участках земной поверхности за счёт различия инженерно-геологических условий изменяется в четыре раза по величине ускорения. Сравним результат вычисления по предлагаемой формуле (12) с данными инструментальных измерений колебаний грунтов разного вида при землетрясениях.

Во время землетрясения Лома-Приета в Калифорнии (США) американские сейсмологи записали колебания грунта на разных расстояниях от эпицентра. Вблизи него ускорения колебаний выветрелых обнажений достигали 0.65g. На удалении около 100 км от эпицентра ускорения колебаний коренных пород уменьшались до 0.070.1 g, на слабых естественных и насыпных грунтах —до 0.16-0.24g. Таким образом, на слабых грунтах происходило увеличение интенсивности колебаний в 2-2.5 раза по сравнению с обнажениями коренных пород.

Землетрясение 1995 г в районе японского г.Кобе имело магнитуду М=7.2 при глубине очага 14 км. Вблизи тектонического разрыва акселерометры записали ускорения колебаний грунта в диапазоне значений от 0.31 до 0.84g. На территории Г.Осака, расположенного в 40 км от эпицентра, ускорения колебаний грунта уменьшились до 0.08-0.29g. Следовательно, для равноудалённых от очага землетрясения площадок интенсивность сейсмического воздействия изменялась в среднем в 3-4 раза за счёт различия свойств грунтов в местах установки сейсмометров.

Приведенные данные показывают, что предложенная для определения приращения балльности формула позволяет в основном правильно оценивать влияние инженерно-геологических условий на сейсмичность участков строительства мостов.

В заключение остановимся на вопросе о мощности расчетной толщи грунтов, которые следует принимать во внимание при выполнении работ по СМР на участках строительства мостов. Этот вопрос требует рассмотрения потому что в разных документах по теме сейсмического микрорайонирования он решается неодинаково.

М.А.Садовским и др. при использовании метода сейсмических жесткостей предлагалось на изучаемом участке рассматривать грунтовые толщи мощностью 10 м и более, причём верхняя граница для толщи не определялась.

В Рекомендациях по СМР, разработанных производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве (Ю.А.Баулин, В.В.Севостьянов, В.И.Джурик, И.Г.Миндель и др) совместно с рядом других организаций, предлагалось определять плотности грунтов и скорости сейсмических волн до глубины 20 м, а в отдельных пунктах — для всего массива грунтов, залегающих на скальных породах.

В Рекомендациях по СМР, составленных производственным объединением по инженерно-строительным изысканиям ("Стройизыскания"), были определены минимальное и максимальное значения мощности расчётной толщи, которая принималась равной 10 м, считая от планировочной отметки, либо другой обоснованной, но не более 20 м.

В Еврокоде по строительству в сейсмических районах при классификации грунтов по сейсмическим свойствам принято рассматривать верхнюю толщу грунтов мощностью 30 м.

Следует отметить, что все упомянутые документы относятся к гражданским объектам и не распространяются на гидротехническое и транспортное (в частности мостовое) строительство.

При строительстве больших мостов встречаются более сложные и разнообразные инженерно-геологические условия, чем при строительстве зданий, поскольку выбор площадок для последних не так ограничен, как для мостов. Для строительства в неблагоприятных условиях в мостостроении разработаны и применяются разнообразные конструкции фундаментов глубокого заложения, позволяющие сооружать опоры при значительной глубине водоёмов и мощности слабых грунтов. Известны

19

случаи погружения свай под опоры мостов на глубину 100 м от поверхности слабых покровных отложений до кровли коренной породы.

Таким образом, мощность расчётной толщи при СМР участков строительства мостов может достигать 50 и более метров. Вместе с тем, устанавливать такую величину мощности для всех мостов было бы неправильно, т.к. во многих случаях коренные породы залегают гораздо ближе к поверхности дна реки, пойм и террас. Поэтому представляется целесообразным определять верхнюю и нижнюю границы расчётной толщи грунтов с учётом инженерно-геологических условий индивидуально для каждого мостового перехода, ориентируясь на глубину заложения фундаментов опор в соответствии со следующими правилами.

Сейсмичность площадок строительства мостовых опор с массивными фундаментами мелкого заложения предлагается устанавливать в зависимости от сейсмических свойств грунта расчётной толщи мощностью 10м, расположенной ниже отметок заложения фундаментов, сооружаемых в открытых котлованах. Если в пределах разведанной глубины инженерно-геологического разреза 10-метровый слой подстилается слоем менее прочного грунта, то нижнюю границу расчётной толщи следует принимать в уровне подошвы слабого подстилающего слоя, а её верхнюю границу — на отметках низа фундаментов. Мощности слоёв грунта в пределах расчётной толщи определяют по данным инженерно-геологических разрезов, соответствующих центральным осям фундаментов.

Для мостовых опор с фундаментами из свай положение верхней границы расчетной толщи грунта устанавливают с учётом устойчивого уширения подмосто-вого русла (срезки), общего размыва грунта у опор, требований планировки набережных и технологии сооружения фундаментов. Из состава расчётной толгци исключают залегающие с поверхности неуплотнённые насыпные грунты, слои ила, торфа, склонные к разжижению водонасыщенные рыхлые песчаные, а также очень слабые глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенций.

Для мостовых опор с фундаментами из свай-стоек нижняя граница расчётной толщи грунта принимается в уровне кровли скальной породы или другого мало-сжимаемого грунта (крупнообломочного с песчаным заполнителем средней плотности или плотного, а также глины твёрдой консистенции со статическим модулем деформации Е>50 МПа), на который опираются сваи-стойки. Если мощность неконсолидированного слоя оказывается меньше 10м, то в состав расчётной толщи включают часть скального массива с тем, чтобы общая мощность расчётной толщи была не менее 10 м.

Для мостовых опор с фундаментами из висячих свай нижняя граница расчётной толщи грунта может приниматься в уровне подошвы слоя, в который заложены нижние концы свай, но не менее 10 м от верхней границы расчётной толщи. При этом предполагается, что в инженерно-геологическом разрезе строительной площадки ниже отметки заложения фундаментов отсутствуют менее прочные слои грунта, чем слой, в который погружены нижние концы свай. В противном случае нужно считать, что нижняя граница расчётной толщи проходит по подошве наиболее заглубленного слабого слоя инженерно-геологического разреза.

Предлагаемый порядок определения приращения балльности по методу сейсмических жесткостей существенно отличается от принятого в гражданском строительстве порядка величиной сейсмической жёсткости среднего грунта, зависимостью геометрических параметров расчётной толщи от свойств грунта и

конструкции фундаментов, а также неучётом поправок на воду в грунте и на резонансные явления.

В третьем параграфе рассмотрен метод сейсмического микрорайонирования на основании записей слабых землетрясений.

В этом методе используются преимущественно амплитуды смещений и скоростей колебаний грунта при слабых землетрясениях, а также коэффициенты разложения в ряды Фурье сейсмограмм и велосиграмм.

Метод основан на представлении об удвоении амплитуды колебаний земной поверхности при увеличении силы землетрясения на один балл, что записывается формулой

где Аи — амплитуда колебаний грунта на исследуемой площадке; Аэ - амплитуда колебаний грунта на эталонной площадке;

51 — приращение балльности на исследуемой площадке по отношению к эталонной

По формуле (13) можно вычислить приращение балльности 51 если по данным инструментальных наблюдений известны величины А„ и Аэ. Для получения рабочей

Ач

формулы нужно прологарифмировать соотношение (13). Из равенства --) =51^2

Аэ

получаем нужную зависимость

При выполнении сейсмомикрорайонирования данным (амплитудно-частотным) методом обычно используют записи колебаний грунта при слабых землетрясениях и по ним вычисляют приращение балльности за счёт местных инженерно-геологических условий. Для распространения получающихся выводов на сильные землетрясения приходится предполагать, что грунты одинаково влияют на колебания земной поверхности при слабых и сильных землетрясениях, что в общем случае не имеет места.

Известно несколько публикаций, в которых амплитудно-частотный метод сравнивался с другими способами определения приращения балльности за счет изменения грунтовых условий стройплощадки.

При использовании амплитудно-частотного метода может иметь место завышение балльности микрозон. Например, в работе А.Л.Когана и др. обращается внимание на завышение в некоторых случаях оценок 51, полученных амплитудно-частотным методом, по сравнению с оценками по методу сейсмических жесткостей. Несовпадение оценок объясняется существенным влиянием на амплитуды колебаний поверхности грунта самого верхнего слоя рыхлых отложений, на котором обычно устанавливают сейсмометры.

Экстраполяция отношения амплитуды микроколебаний поверхности двух площадок, сложенных разными грунтами, в область сильных землетрясений может приводить к значительным погрешностям из-за влияния на амплитуды колебаний неупругих деформаций грунта при сильных толчках.

(13)

площадке.

Ач

51 = 3.32 \gi-f ),

(14)

В настоящее время можно рассматривать данный метод как вспомогательный при выполнении СМР участков строительства больших мостов в районах 7-балльных землетрясений.

В пятой главе рассмотрены примеры применения представленной в диссертации методики СМР при проведении специальных инженерно-сейсмологических работ на участках строительства ряда мостов.

Диссертация завершается выводами по работе:

1. Анализ результатов обследований мостовых сооружений после землетрясений показывает, что мосты в несейсмостойком исполнении или с недостаточной антисейсмической защитой получают местные и общие деформации при толчках силой 7 и 8 баллов. Толчки силой 9 и 10 баллов по шкале MSK-64 вызывают нарушение прочности и устойчивости мостовых конструкций.

2. Принятый в шкале MSK-64 шаг величиной в 1 балл означает изменение параметров колебаний грунта в геометрической прогрессии со знаменателем 2 при переходе от одной микрозоны на картах СМР к соседней микрозоне. Для уточнения представления об интенсивности колебаний грунта на участке СМР нужно уменьшить шаг шкалы до 0.1 балла.

3. Анализ палеосейсмологических и исторических сведений о землетрясениях даёт основание принимать допустимую вероятность непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет, вместо 1% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов.

4. Предлагаемая методика учёта сейсмического режима в пунктах строительства даёт возможность рассчитывать мосты одного класса ответственности с одинаковой обеспеченностью по отношению к сейсмическому воздействию. Это, в свою очередь, позволяет в одних случаях существенно уменьшить стоимость антисейсмических мероприятий, в других — повысить сейсмостойкость строящихся (реконструируемых) объектов до требуемого уровня и избежать тяжёлых социально-экономических потерь от предстоящих землетрясений.

5. Представленная в диссертации методика СМР участков строительства мостов является оригинальной разработкой, не имеющей аналогов в отечественной и зарубежной практике строительства транспортных сооружений в сейсмических районах. Методика дает вполне удовлетворительные результаты при сопоставлении с данными инструментальных записей колебаний грунта при землетрясениях. Основные положения методики и примеры её применения опубликованы в виде научных статей и одобренного Госстроем России документа МДС 22-1.2004, используемого более чем 100 проектно-изыскательскими организациями России.

6. Основные положения разработанной методики СМР использовались при проектировании многих мостов в России, в т.ч.:

- Виадук через долину р.Чемитоквадже на а/д Новороссийск-Тбилиси-Баку;

- Лавинозащиная галерея из ГМК на Рокском перевале;

- Эстакада на пересечении а/д Краснодар-Джубга с подъездами к г.Горячий Ключ;

- Виадук через долину р.Мацеста;

- Виадук на ПК36 обхода г.Сочи;

- Мост через р.Бзуга на обходе г.Сочи

- Мост через р.Ангара в г.Иркутске;

- Лавинозащитная галерея на ж/д Чара-Чина. 22

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Шестопёров Г.С., Шестопёров В.Г. "Сейсмическое микророрайонирование участков строительства транспортных сооружений", "Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений" №2 2004, стр. 17-20;

2. Шестопёров В.Г. "Арочный мост из гофрированного металла", "Автомобильные дороги", №11, 2005

3. Шестопёров В.Г. "Строительство арочного моста из гофрированных металлических элементов", "Транспортное строительство", №2, 2006 г

4. Шестопёров В.Г. "Уточнение сейсмической шкалы М8К-64 применительно к транспортному строительству", "Наука и техника в дорожной отрасли", №2,2006, стр. 12-15;

5. Шестопёров Г.С., Шестопёров В.Г. "Методика оценки сейсмичности участков строительства транспортных сооружений". Труды международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений", г.Пенза, 16-17 сентября 2004 г;

6. Шестопёров В.Г. "Опыт реконструкции водопропускных труб на автомагистрали Москва-Нижний Новгород", сб. трудов ГП РОСДОРНИИ за 2004 год.

7. Методические рекомендации по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооружений МДС 22-1.2004. МИИТ, М., ФГУП ЦПП, 2005,48 с.

Шестопёров Владимир Германович

Сейсмическое микрорайонирование участков строительства мостов

05.23.11 "Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и

транспортных тоннелей"

Подписано в печать 27.10.06 Тираж 80 экз Формат бумаги 60x84/16. Объём 1.5 пл. Заказ 492_

127994, ГСП-4, г.Москва, ул.Образцова, 15, Типография МИИТа

Раздел 1. Уточнение исходной сейсмичности.

Глава 1. Сейсмические шкалы

Глава 2. Карты общего сейсмического районирования.

§2.1. Применение коротких рядов инженерно-сейсмологических и инструментальных наблюдений.^

§2.2. Применение длинных рядов сейсмологических данных.

§2.3. Применение принципа допустимого сейсмического риска.

§2.4. Выбор карты ОСР для строительства транспортных объектов.

Глава 3. Уточнение исходной сейсмичности пункта строительства.

Раздел 2. Сейсмическое микрорайонирование.

Глава 4. Учёт местных инженерно-геологических условий площадки строительства.

§4.1. Методы сейсмического микрорайонирования.

§4.2. Микрорайонирование методом сейсмических жесткостей.

§4.3. Сейсмическое микрорайонирование на основании записей слабых землетрясений.

Глава 5. Специальные инженерно-сейсмологические работы на участках строительства транспортных сооружений.

Выводы.

Землетрясения относятся к числу наиболее опасных стихийных бедствий, угрожающих человечеству. В прошлом столетии от землетрясений и вызываемых ими пожаров, лавин, наводнений, цунами и оползней погибло более 2 млн человек, из них в странах бывшего СССР - 155 тысяч человек (рис.1). Прямые экономические потери всех стран к концу прошлого века составляли 7 млрд. долл/год. Несмотря на принимаемые во многих странах меры по защите от землетрясений, до сих пор радикально уменьшить сейсмическую опасность не удалось. Увеличение плотности населения на наиболее опасных в сейсмическом отношении территориях приводит к росту человеческих и экономических потерь от землетрясений. Так число жертв землетрясений, поразивших в текущем столетии территории Таиланда, Индонезии, Пакистана, Индии, Ирана, Афганистана и других стран, составляет около 400 тысяч человек. го»1

Рис. 1. Диаграмма людских потерь от землетрясений (в тыс. человек для всех стран мира).

Россия принадлежит к числу государств, подверженных разрушительным землетрясениям. На Камчатке, Сахалине, в Прибайкалье, Южной Сибири, на Кавказе катастрофические землетрясения в прошлом происходили неоднократно и могут повториться вновь в недалёком будущем.

В нашей стране особую актуальность вопросу обеспечения сейсмостойкости транспортных сооружений, как объектов необходимых для организации спасательных работ после стихийных бедствий, придает тот факт, что большинство промышленных и гражданских сооружений в сейсмически опасных территориях России были построены по предыдущим нормам. Карта ОСР-78 оценивала сейсмичность районов в среднем на 1-2 балла ниже современных значений балльности по карте ОСР-97. В качестве примера можно привести г.Нефтегорск (Сахалин), здания которого были запроектированы на 7 балльное воздействие. Нефтегорск был полностью разрушен 9 балльным землетрясением 1995 г и вычеркнут из списка городов России.

Экономические последствия землетрясений

В экономически развитых странах годовой ущерб от стихийных бедствий в отдельные периоды достигает 1% от их валового национального продукта, что приближается к годовым расходам на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, определяющие научно-технический прогресс мирового сообщества.

Доля убытков от землетрясений в суммарной величине ущерба от стихийных бедствий зависит от природных условий региона. Однако во всех странах, расположенных в сейсмических районах, экономический ущерб, причиняемый землетрясениями крупным городам, промышленным предприятиям, системам коммуникации, огромен (табл.1).

Таблица 1

Экономический ущерб от землетрясений (1960-1999 гг)

Год землетря- Страна Экономический п/п сения ущерб, млрд. долл. США

1 1960 Чили 4.73

2 1963 Югославия 3.06

3 1964 США 2.69

4 1976 Италия 8.1

5 1976 Китай 12.61

6 1979 Югославия 4.94

7 1980 Алжир 5.04

8 1980 Италия 16.8

9 1985 Мексика 5.11

10 1988 Армения 16.46

11 1989 США 6.88

12 1990 Иран 7.85

13 1994 США 30.36

14 1995 Япония 64.2

15 1999 Тайвань 14.0

Примечание. Стоимость восстановительных работ после землетрясения в Японии (1995 г) дана по предварительной оценке официальных органов этой страны.

Со второй половины прошлого столетия наблюдается резкий рост экономических потерь от землетрясений в связи с увеличением жилого фонда и инфраструктуры в сейсмически опасных районах, строительством крупных транспортных и других сооружений. Особенно значительные экономические потери наблюдались в последние десятилетия в США и в Японии. При этом суммарные потери всех стран от наиболее разрушительных подземных толчков в 1990-х годах превысили 100 млрд. долл. США (рис.2).

СЛ О ОТ 05

CO h- ОО С»

Oi CD CD CD

I I I I

О О О О

О Г- СО CD

CD <Л О) CD

Рис.2. Экономические потери от землетрясений

Сведения о распределении общей суммы глобальных экономических потерь по отдельным видам и группам сооружений в рассмотренной научно-технической литературе отсутствуют. Однако, исходя из описания отдельных разрушительных землетрясений, можно предположить, что доля ущерба, приходящаяся на транспортные сооружения, очень существенна и возрастает со временем.

Это положение подтверждается тем фактом, что при землетрясениях в США (Сан-Франциско, 1906 г, Бейкерсфилд, 1952 г, Аляска, 1964 г, Сан-Фернандо, 1971 г, Лома-Приета, 1989 г, Нортридж, 1994 г) очень сильно повреждались или разрушались многие дорожные сооружения, в том числе большие мосты и тоннели. В частности, после землетрясения в Калифорнии на восстановление мостов и эстакад пришлось потратить более 1 млрд. долл. Для ликвидации последствий землетрясения 1994 г Сенат США выделил 4.7 млрд. долл, из которых 1.35 млрд. долл предназначались на восстановление мостов и дорог. Дополнительными источниками финансирования были платежи страховых компаний, средства штата Калифорния и займы у частных кредиторов.

Экономические последствия землетрясений указывают на необходимость разработки и осуществления более эффективных мер антисейсмической защиты. При этом обеспечение сейсмостойкости транспортных сооружений должно рассматриваться как приоритетная задача инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства.

Мировой опыт спасательных и аварийно-восстановительных работ после природных катастроф, убедительно показывает, что к транспортным зданиям и сооружениям следует относиться как к объектам повышенной ответственности, т.е. при их проектировании нужно использовать карту ОСР-97 (В).

На упомянутой карте площадь районов сейсмичностью 7 и более баллов составляет 33.6% по отношению ко всей площади Российской Федерации, в том числе на районы сейсмичностью 7,8 и 9-10 баллов приходится соответственно 18.4%, 10% и 5.2% площади. Наибольшей сейсмичностью характеризуются Северный Кавказ, Восточная Сибирь, Сахалин, Камчатка, Курильские острова.

Сейсмически опасные районы на территории Российской Федерации расположены как внутри Евро-Азиатского материка, так и вдоль его восточных рубежей. Районы имеют сложно очерченные границы. В целом они вытянуты вдоль планетарных и региональных геологических структур, выраженных на поверхности в виде горных хребтов, рифтовых долин и островных дуг. Например, на Северном Кавказе 9-балльные районы с повторяемостью землетрясений один раз за 1000 лет протянулись на 1000 км от Керченского пролива на западе до Махачкалы на востоке. В районе Анапы их ширина составляет около 40 км, увеличиваясь до 160 км на территории Дагестана.

В районе стихийного бедствия в срочной помощи нуждаются тысячи людей. В этих условиях надёжность путей сообщения, обеспечивающих спасательные и восстановительные работы, приобретает исключительное значение. К сожалению, во многих случаях разрушение путей сообщения приводит к невозможности оказания срочной помощи пострадавшим от землетрясения и, соответственно, резкому увеличению жертв. По статистике всех крупных сейсмических катастроф основные потери человеских жизней при землетрясениях происходят не непосредственно в момент события, а в последующие дни, из-за неоказания помощи получившим травмы, невозможности быстро извлечь людей из завалов, нехватке продовольствия и медикаментов.

Рассмотрим несколько примеров, иллюстрирующих высказанное положение. В 1978 г в Иране произошло самое разрушительное за его историю землетрясение, во время которого был уничтожен город Тебес. Тысячи жителей Тебеса оказались погребены под развалинами. Спасательные отряды и медики смогли прибыть в Тебес только через день после катастрофы, так как шоссейные дороги в результате землетрясения вышли из строя. В 1979 г в Черногории спасательные отряды не смогли быстро добраться до горных поселений, поскольку дороги были перекрыты обвалами. После землетрясения 1980 г в Алжире для эвакуации раненых пришлось использовать вертолеты, поскольку из-за полного разрушения дорог район бедствия оказался в полной изоляции. В 1981 г в Иране спасательные отряды несколько дней добирались до отдаленных деревень, в результате число жертв из-за неоказанной во время помощи составило 5 тысяч человек. Такое же положение дел сохранилось при недавних землетрясениях, затронувших территории Пакистана, Индии и Афганистана. Крайне опасные последствия имеют наводнения, возникающие при тектонических опусканиях местности по берегам морей, крупных водоемов, при разрушении дамб и плотин, а также прорыве естественных перемычек, образующихся в руслах рек при горных обвалах и оползнях, вызываемых землетрясениями. В этих случаях может потребоваться срочная эвакуация населения из района, которому угрожает затопление. Так, 80 тысяч человек было эвакуировано из районов, лежащих ниже плотины Сан-Фернандо в Калифорнии из-за того, что плотина была серьезно повреждена землетрясением 1971 г и возникла опасность ее прорыва при сильных аф-тершоках.

Последствия разрушения дорог при землетрясениях.

Рассмотрим подробнее имеющиеся сведения о социально-экономических последствиях землетрясений на железных, автомобильных и городских дорогах, а также вытекающие из них требования к сейсмостойкости дорожных сооружений.

Как известно, жертвы землетрясения особенно многочисленны, когда тектоническая подвижка возникает вблизи крупного города, значительная часть населения которого проживает в старых несейсмостойких зданиях, получающих значительные повреждения при сейсмических толчках. При этом жители нижних этажей зданий нередко оказываются погребенными под обрушившимися конструкциями.

Опыт спасательных работ в эпицентральных зонах разрушительных землетрясений показывает, что многие из находящихся в завалах людей могут быть спасены при оказании им срочной медицинской помощи. Так, после Спитакского землетрясения (1988 г) спасатели обнаружили под развалинами школы в Ленинакане и вернули к жизни более 300 детей и учителей.

Крайне опасные последствия имеют наводнения, возникающие при тектонических опусканиях местности по берегам морей и крупных внутренних водоёмов, при разрушении речных дамб и плотин, а также при прорыве естественных перемычек, образующихся в руслах рек при горных обвалах и оползнях, сопровождающих землетрясения. В этих случаях может потребоваться срочная эвакуация населения из района, которому угрожает затопление.

Подобный случай имел место в США, когда в Калифорнии была серьёзно повреждена плотина Сан-Фернандо (1971 г) и возникла опасность её прорыва при афтершоках. Из угрожаемых районов, расположенных ниже плотины, были срочно эвакуированы 80 тысяч человек.

Эвакуация населения может потребоваться из цунамиопасных районов, а также в связи с возникновением крупных пожаров и повреждением емкостей для хранения ядовитых веществ в эпицентральной зоне.

Для срочной эвакуации населения, организации и проведения аварийно-спасательных работ необходимо, чтобы дороги в районе стихийного бедствия не были разрушены землетрясением. К сожалению, сохранить в полном объёме работоспособность дорожной сети в эпицентральных зонах разрушительных землетрясений обычно не удаётся. Особенно тяжёлые последствия могут быть связаны с отказом мостов и тоннелей, что на длительное время задерживает переброску в район стихийного бедствия спасателей, медиков, необходимой техники (табл.2).

Таблица 2

Продолжительность восстановления дорог после землетрясений п/п Данные о землетрясении Сведения о продолжительности перерыва движения

1 Япония, Фукуи, 1948г Связь по железной дороге г.Фукуи с северными районами о.Хонсю прекратилась более, чем на один месяц

2 Туркмения, Ашхабад, 1948 г Движение поездов восстановлено на четвертые сутки после землетрясения

3 США, Аляска, 1964 г Движение на отдельных участках железной дороги прекращено на 20 суток

4 Япония, Токачи, 1968 г Поезда не ходили в течение 11 суток после землетрясения

5 США, Сан-Фернандо, 1971 г Полное прекращение движения по автодорогам на трое суток

6 Япония, Идзу-Осима, 1978 г Движение поездов возобновлено на третьи сутки

7 Армения, Спитак, 1988 г Участок железной дороги вышел из строя на четверо суток

8 США, Сан-Франциско, 1989 г Движение по городскому мосту через залив Сан-Франциско прекращено на один месяц

Разрушение при землетрясениях путей сообщения создаёт не только косвенную, но также прямую угрозу жизни людей, вызывая аварии поездов и автомобилей.

Обычно число жертв дорожно-транспортных происшествий при сейсмических толчках невелико по сравнению с общим количеством пострадавших в районе стихийного бедствия. Однако, в отдельных случаях число погибших на дорогах составляло 100 и более человек.

Сведения об авариях на железных, автомобильных и городских дорогах во время землетрясений приводятся в табл.3, из которой видно, что дорожно-транспортные происшествия происходили как с поездами (товарными и пассажирскими), так и с автомобилями. Следует отметить, что крушение товар-пых поездов, перевозящих сырую нефть и нефтепродукты, взрывчатые и радиоактивные вещества, опасно не только для поездных бригад, но также чревато опасностью пожаров, взрывов и загрязнения окружающей среды.

Таблица 3

Аварии на дорогах, вызванные землетрясениями п/п Данные о землетрясении Сведения об аварии

1 США, Калифорния, 1906г На подходе к мосту опрокинулись 10 вагонов товарного поезда

2 Япония, Канто, 1923г Сошли с рельсов, опрокинулись или сгорели 34 состава

3 Япония,Фукуи, 1948г Сошли с рельсов 12 паровозов, опрокинулись 52 товарных и 4 пассажирских вагона

4 Туркмения, Ашхабад, 1948г Опрокинут товарный поезд

5 Япония, Токачи, 1968г Сошли с рельсов и опрокинулись 5 вагонов

6 США, Сан-Фернандо, 1971 г При обрушение автодорожного путепровода погибли 2 чел

7 США, Санта-Барбара, 1978г Крушение товарного поезда

8 Алжир, Эль-Аснам, 1980г Сошёл с рельсов товарный поезд, часть вагонов опрокинулась

9 Армения, Спитак, 1988г Опрокинулись цистерны товарного поезда

10 США, Сан-Франциско, 1989г При обрушении городской эстакады в автомобилях погибли 42 человека

Значительная уязвимость мостов при землетрясениях, большая тяжесть последствий их разрушений и возможность возникновения в ряде регионов России сейсмических воздействий разрушительной силы позволяют отнести обеспечение сейсмостойкости мостов к числу актуальных социально-экономических и научно-технических задач.

В вопросах расчетов транспортных сооружений на сейсмостойкость наиболее слабым местом является правильное определение сейсмического воздействия. Если ошибки при определении усилий в элементах сооружений различными расчетными методами не превышают 5-10%, то неточность определения параметров сейсмического воздействия, заложенная в действующих нормативных документах, в отдельных случаях может составлять до 2 раз (200%). Такое положение дел ведет или к значительному перерасходу средств на антисейсмическую защиту и в ряде случаев делает невозможным запроектировать сооружение или к строительству объектов с необеспеченным уровнем надежности.

Целью работы является разработка методики сейсмического микрорайонирования применительно к участкам строительства мостовых сооружений.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

- проведен аналитический обзор отечественных и зарубежных нормативных документов, научных и технических публикаций в области инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства;

- на основании анализа результатов полевых обследований мостовых сооружений после землетрясений составлена таблица характерных повреждений мостов при землетрясениях, которая дополняет макросейсмическую части сейсмической шкалы MSK-64;

- дано определение дробного балла шкалы MSK-64, получены формулы для определения параметров колебаний грунта, составлены таблицы параметров колебаний грунта при сейсмическом воздействии в диапазоне 7-10 баллов с шагом 0.1 балла;

- предложено в комплект карт ОСР добавить карту повторяемости сейсмических событий один раз в 2000 лет, что соответствует вероятности непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет;

- разработана методика уточнения исходной сейсмичности за счёт учета сейсмического режима, при разработке методики собраны и обработаны сведения о сейсмическом режиме в 21 пунктах на территории России. Разработанная методика даёт возможность рассчитывать сооружения одного класса ответственности с одинаковой обеспеченностью по отношению к сейсмическому воздействию;

- предложено использовать для уточнения сейсмичности стройплощадки "среднего грунта", для которого приведены значения балльности карты ОСР-97. Определено понятие "среднего грунта" по сейсмическим свойствам и его параметры.

- предложено изменение в формулу для определения изменения балльности стройплощадки за счет местных грунтовых условий;

Научная новизна:

- обобщение материалов обследований последствий землетрясений с оценкой глобального социального и экономического риска; в том числе в сфере транспортной инфраструктуры. Выявление типичных повреждений мостов в несейсмостойком исполнении при землетрясениях силой 7, 8, 9 и 10 баллов;

- обоснование предложения по использованию вероятности непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов;

- уточнение понятия эталонного (среднего по сейсмическим свойствам) грунта, как грунта, имеющего сейсмическую (акустическую) жёсткость pVs;

- определение понятия дробного сейсмического балла с разработкой предложения по использованию этого понятия при СМР участков строительства мостов;

- корректировка значений ускорения с помощью поправочного коэффициента на грунтовые условия, определяемого по предложенной формуле.

Практическая значимость заключается в том, что при использовании разработанных в диссертации решений обеспечивается равная надёжность сооружений одного уровня ответственности.

Апробация. Результаты исследований и основные научные положения диссертационной работы доложены:

- на научно-технической конференции "Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов" 7-9 октября 2003 г, Москва, МИИТ

- на международной научно-практической конференция "Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений", г.Пенза, 16-17 сентября 2004 г;

- на семинаре Росавтодора "Совершенствование конструктивно-технологических решений при строительстве мостовых сооружений", г.Павловск, 20-23 декабря 2005 г;

- на семинаре Росавтодора "Повышение уровня содержания искусственных сооружений на федеральных автомобильных дорогах. Применение новых конструкций, материалов, технологий, современных машин и оборудования", г.Сочи, 11-16 сентября 2006 г.

Вопросы, выносимые на защиту: на защиту выносится совокупность предложений вошедших в методику сейсмического микрорайонирования. В том числе:

- модифицированная формула для определения балльности по методу сейсмической жесткости;

- формула для определения поправочного коэффициента на грунтовые условия;

- определение понятия дробного сейсмического балла с разработкой предложения по использованию этого понятия при СМР участков строительства мостов;

- уточнение понятия эталонного (среднего по сейсмическим свойствам) грунта, как грунта, имеющего сейсмическую (акустическую) жёсткость pVs;

- обоснование предложения по использованию вероятности непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов;

- дополнения к макросейсмической части шкалы MSK-64.

Реализация результатов работы. Полностью или частично результаты работы использовались при работах по проектированию капитального ремонта или строительства на следующих основных объектах:

- Эстакада на пересечении а/д Краснодар-Джубга с подъездами к г.Горячий Ключ;

- Мост через р.Ангара в г.Иркутске;

- Искусственные сооружения на ж/д Чара-Чина;

- Виадук через долину р.Чемитоквадже (рис.3, 4);

- Лавинозащиная галерея из ГМК на Рокском перевале (рис.5);

- Виадук через долину р.Мацеста (рис.6);

- Мост через р.Бзуга на обходе г.Сочи (рис.8);

- Виадук на ПК36 обхода г.Сочи (рис.7)

Рис.4. Вид на виадук из долины р.Чемитоквадже

Рис.3. Виадук через долину р.Чемитоквадже на а/д Новороссийск-Тбилиси

Баку;

ЩШ

Рис.5. Лавинозащиная галерея из ГМК на Рокском перевале (фото А.А.Махорина)

Рис.6. Виадук через долину р.Мацеста

Рис.8. Мост через р.Бзуга на обходе г.Сочи

Публикации. Результаты диссертационной работы входят в состав ряда отчётов по НИОКР, в б журнальных публикациях и 1 нормативном документе.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, содержит 104 страницы, 36 иллюстраций, 19 таблиц и 2 приложения.

Выводы.

1. Анализ результатов обследований мостовых сооружений после землетрясений показывает, что мосты в несейсмостойком исполнении или с недостаточной антисейсмической защитой получают местные и общие деформации при толчках силой 7 и 8 баллов. Толчки силой 9 и 10 баллов по шкале MSK-64 вызывают нарушение прочности и устойчивости мостовых конструкций.

2. Принятый в шкале MSK-64 шаг величиной в 1 балл означает изменение параметров колебаний грунта в геометрической прогрессии со знаменателем 2 при переходе от одной микрозоны на картах СМР к соседней микрозоне. Для уточнения представления об интенсивности колебаний грунта на участке СМР нужно уменьшить шаг шкалы до 0.1 балла.

3. Анализ палеосейсмологических и исторических сведений о землетрясениях даёт основание принимать допустимую вероятность непревышения расчётного сейсмического воздействия 2.5% за 50 лет, вместо 1% за 50 лет при проектировании внеклассных мостов.

4. Предлагаемая методика учёта сейсмического режима в пунктах строительства даёт возможность рассчитывать мосты одного класса ответственности с одинаковой обеспеченностью по отношению к сейсмическому воздействию. Это, в свою очередь, позволяет в одних случаях существенно уменьшить стоимость антисейсмических мероприятий, в других - повысить сейсмостойкость строящихся (реконструируемых) объектов до требуемого уровня и избежать тяжёлых социально-экономических потерь от предстоящих землетрясений.

5. Представленная в диссертации методика СМР участков строительства мостов является оригинальной разработкой, не имеющей аналогов в отечественной и зарубежной практике строительства транспортных сооружений в сейсмических районах. Методика дает вполне удовлетворительные результаты при сопоставлении с данными инструментальных записей колебаний грунта при землетрясениях. Основные положения методики и примеры её применения опубликованы в виде научных статей и одобренного Госстроем России документа МДС 22-1.2004, используемого более чем 100 проектно-изыскательскими организациями России.

6. Основные положения разработанной методики СМР использовались при проектировании многих мостов в России, в т.ч.:

- Виадук через долину р.Чемитоквадже на а/д Новороссийск-Тбилиси-Баку;

- Лавинозащиная галерея из ГМК на Рокском перевале;

- Эстакада на пересечении а/д Краснодар-Джубга с подъездами к г.Горячий Ключ;

- Виадук через долину р.Мацеста;

- Виадук на ПК36 обхода г.Сочи;

- Мост через р.Бзуга на обходе г.Сочи

- Мост через р.Ангара в г.Иркутске;

- Лавинозащитная галерея на ж/д Чара-Чина.

1. Медведев С.В., Шебалин Н.В. С землетрясением можно спорить. М., Наука, 1967, 131 с.

2. Рашидов Т. Определение балльности землетрясений по признакам повреждений и разрушений подземных трубопроводов. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности", М., "Наука", 1975, с.117-120

3. Солоненко В.П. Шкала балльности по сейсмодислокациям. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности", М., "Наука", 1975, с.121-129

4. Шестоперов Г.С., Целиков Ф.И., Колоколова Т.Н. Определение силы землетрясений по повреждениям дорожных сооружений. В сб. "Методы расчета и проектирования эффективных мостовых сооружений". М., "Транспорт", 1984, с. 19-22.

5. Гехман А.С. Об оценке интенсивности землетрясений по степени повреждений трубопроводов. В сб. "Макросейсмические и инструментальные исследования сильных землетрясений", выпуск 26, М., "Наука", 1985 г, с.171-180.

6. Нечаев В.А. Сейсмическая шкала и связанные с ней вопросы. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности", М., "Наука", 1975, с. 161-169

7. Naeim F., Anderson J.C. Classifications and evaluation of earthquake records for design. EERJ, 1993, 288 p

8. Медведев С.В. Инженерная сейсмология. М., Госстройиздат, 1962, 284 с

9. Медведев С.В., Ершов И.А., Попова Е.В. Проект шкалы для определения интенсивности землетрясений. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности". М., "Наука", 1975, с.11-39;

10. Назаров А.Г., Дарбинян С.С. Шкала для определения сильных землетрясений на количественной основе. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности". М., "Наука", 1975, с.40-79;

11. ЬНапетваридзе Ш.Г. Шкала и система измерения сейсмической балльности. В сб. "Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности". М., "Наука", 1975, с.80-86;

12. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97. Масштаб 1:8 ООО ООО. М, 1999, 57 с

13. СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах" Госстрой России. М., ГУП ЦПП, 2000,44 с14.1wasaki Т. Perspectives of seismic design criteria for highway bridges in Japan. Acapulco, Mexico, June 23-26, 1996, 8p

14. Proposed revisions to the AASHTO standart specifications for highway bridges. Division 1-A: Seismic design. National center for Earthquake Engineering Research. State University of New York at Buffalo. 1994, 67 p.

15. Шестоперов Г.С. Уточнение сейсмичности пункта строительства объекта при проектировании транспортных сооружений. М., "Транспортное строительство", №12, 2001, с. 12-14

16. Шестоперов Г.С., Шестоперов В.Г. Методические рекомендации по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооружений. МДС 22-1.2004. М., ФГУП ЦПП, 2004, 48 с

17. ПНИИИС. Отчёт по теме "Инженерные изыскания на разрывных нарушениях и сейсмическое микрорайонирование для обоснования рабочего проекта инженерной защиты газопровода Россия-Турция". М., 1999, 141 с.

18. Электронная версия Большого энциклопедического словаря, www.edic.ru

19. Шебалин Н.В. Методы использования инженерно-сейсмологических данных при сейсмическом районировании. В кн.: Сейсмическое районирование СССР. М, "Наука", 1968, с.95-111;

20. S.Okamoto. Introduction to earthquake engineering. Univ. of Tokyo Press, 1973, 193 p.

21. Шестоперов Г.С. Повреждения мостов при землетрясениях и их учёт при проектировании искусственных сооружений (отечественный опыт). М., ВПТИтрансстрой, 1988,16 с.

22. Шестоперов Г.С., Казей И.И., Кручинкин А.В. и др. Мосты в зоне землетрясения в Армении. Прогноз землетрясений. Сейсмоло-гия.Сейсмостойкое строительство. М., 1989, с. 104-107

23. The Hyogo-Ken Nanbu Earthquake. January 17, 1995. Earthquake engineering research institute, 1995,116 p.

24. Northridge Earthquake, January 17, 1994. Earthquake engineering research institute, 1994, 100 p.

25. Practical lessons from the Loma Prieta Earthquake. National academy press. Washington D.C., 1994, 274 p.

26. Литература к главе 2 (Карты общего сейсмического районирования)

27. Сейсмическое районирование СССР. М., Из-во "Наука", 1968, 476 с.

28. Сейсмические районирование территории СССР. Методические основы и региональное описание карты 1978. М., Из-во "Наука", 1980 г, 307 с

29. Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97. М., 1998;

30. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. М., "Наука", 1977, 536 с;

31. Горшков Г.П. Землетрясения в Туркмении. Из-во АН СССР, 1947;

32. Солоненко В.П. Палеосейсмологический метод и инженерная сейсмология. В кн."Современные сейсмодислокации и их значение для сейсмического микрорайонирования". Из-во МГУ, 1977, с.113-118;

33. Ивановский И.К. О землетрясении и песчаных заносах на Закаспийской железной дороге. "Железнодорожное дело", 1896, №40, с.327-334;

34. Giacomini М.С. Introduction to the Golden Gate Bridge Retrofit Project. IABSE Symposium. San Francisco, 1995;

35. Сейсмическая сотрясаемость территории СССР. М., Из-во "Наука", 1979 г, 192 с

36. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. Госстрой СССР. М., ГУП ЦПП, 2000, 44 с.

37. Нефтегорское землетрясение 27(28).05.1995 г. Федеральная система сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений. М., 1995, 236 с.

38. Флоренсов Н.А., Тресков А.А., Солоненко В.П. О сейсмическом районировании Восточной Сибири. Бюлл. Совета по сейсмологии, №8, 1960

39. Солоненко В.П. Восточная Сибирь. В кн. "сейсмическое районирование СССР". Из-во "Наука", М., 1968, с.358-371

40. Никонов А.А. Голоценовые и современные движения земной коры. М., "Наука", 1977,240 с.

41. Медведев В.В., Шебалин Н.В. С землетрясением можно спорить. М., "Наука", 1967, 132 с.

42. Уломов В.И., Шумилина JI.C. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97. 1999, 57 с.

43. Seismic retrofitting manual for highway bridges. US Departament of Transportation. Federal Highway Administration. 1995, 309 p

44. Шестоперов Г.С., Шестоперов В.Г. Методические рекомендации по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооружений. МДС 22-1.2004. М., ФГУП ЦПП, 2005,48 с.

45. Литература по главе 3 (Уточнение исходной сейсмичности)

46. Инженерно-сейсмологические работы для обеспечения сейсмостойкости моста через р.Мацеста. ЦНИИС. М., 1997, 33 с.

47. Инженерно-сейсмологические работы для обеспечения сейсмостойкости моста через ущелье р.Чемитоквадже. ЦНИИС. М., 1999, 30 с.

48. Инженерно-сейсмологические работы для обеспечения сейсмостойкости моста на ПК36 обхода г.Сочи. ЦНИИС. М., 2000,41 с.

49. ЦНИИС. Разработка заключения по сейсмичности площадки строительства галереи на Рокском перевале дороги Алагир-Цхинвали ПК 244-248. М., 2000, 39 с.

50. Составление заключения по сейсмичности площадок строительства и конструктивным антисейсмическим мероприятиям для мостов на подъезде к г.Владикавказу. ЦНИИС. М., 2001, 15 с.

51. Разработка заключения по антисейсмическим мероприятиям для инженерного проекта на реконструкцию моста через р.Селенга на 124 км а/д Улан-Удэ-Кяхта. ЦНИИС. М., 2001, 14 с

52. Инженерно-сейсмологические исследования в составе научного сопровождения проектно-изыскательских и строительных работ по мостовому переходу через р.Ангару в г.Иркутске. ЦНИИС. М., 2001, 18 с.

53. Составление заключения по оценке сейсмической опасности площадки строительства галереи из гофрированных металлоконструкций на 51 км подъездного пути к Чинейским месторождениям и методу её расчета на сейсмостойкость. ЦНИИС. М., 2001, 48 с.

54. Шестопёров Г.С. Расчеты на сейсмостойкость опоры №5 моста-эстакады через р.Цемес и ж.д. пути Лесного порта по ул.Магистральная в г.Новороссийске. М., 2003, 36 с.

55. ИСБ "Надёжность"Инженерно-сейсмологические работы для обеспечения сейсмостойкости эстакады на пикетах 121-126 обхода г.Сочи и транспортной развязки у г.Горячий Ключ. М., 2003, 53 с.

56. МИИТ. Специальные инженерно-геологические работы на ПК45 автодорожного обхода г.Сочи. М., 2005, 60 с.

57. Шестопёров Г.С. Корректировка параметров колебаний фунта стройплощадки по данным расчета сейсмического режима в пункте строительства. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2002, №3, с.5-6.

58. Шестопёров Г.С., Шестопёров В.Г. Сейсмическое микрорайонирование участков строительства транспортных сооружений. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2004, №2, с. 17-20.

59. Литература к главе 4 (Учёт местных инженерно-геологических условий площадки строительства)

60. Медведев С.В. Оценка сейсмической балльности в зависимости от грунтовых условий. Тр. геофизического института. М., 1952, №14, с.29-52.

61. Медведев С.В. Инженерная сейсмология. М., Госстройиздат, 1962, 234 с.

62. Медведев С.В. Элементы прогноза сейсмической опасности и сейсмическое микрорайонирование. В кн.: "Сейсмическое микрорайонирование", М., "Наука", 1977, с.4-21.

63. Назаров Г.Н. Скорости распространения продольных и поперечных волн в грунтовых массивах и основные инженерно-геологические характеристики грунтов. В кн.: "Сейсмическое микрорайонирование", М., "Наука", 1977, с.129-137.

64. Баулин Ю.И., Герасимов А.В., Миндель И.Г. Крупнооблмочные грунты. В кн.: "Сейсмическое микрорайонирование", М., "Наука", 1984, с.29-31.

65. Красников Н.Д. Об использовании значений скоростей поперечных волн для сейсмического микрорайонирования. Труды Института физики Земли. М., ИФЗ, №36(203), с.99-104.

66. Напетваридзе Ш.Г. Некоторые задачи инженерной сейсмологии. Тбилиси, "Мецниереба", 1973, 162 с.

67. Баркан Д.Д., Трофименков Ю.Г., Голубцова М.Н. Влияние свойств грунта оснований при расчёте сооружений на сейсмическое воздействие. В сб. "Свойства фунтов при вибрациях", Ташкент, ФАН, 1975, с.55-69.

68. Gates J.H. California's seismic design criteria for bridges. J.Struct. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng., 1976, vol.102, ST12, p.2301-2312.

69. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Госстрой России. М., ГУП ЦПП, 2001,48 с.

70. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Госстрой России, М., ГУП ЦПП, 2001,48 с.

71. РСН 60-86. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Нормы производства работ. Госстрой РСФСР. М., Мос-ТИСИЗ Госстроя СССР, 1986, 32 с.

72. Джурик В.И. и др. Сейсмические свойства скальных грунтов. Новосибирск, "Наука", 1986, 133 с.

73. Naeim F., Anderson J.C. Classifications and evaluation of earthquake records for design. EERI, 1993,288 p

74. Practical lessons from the Loma Prieta earthquake. Washington, 1994, 273 p.75.1wasaki T. Perspectives of seismic design criteria for highway bridges in Japan,1996, 8p.

75. ПНИИИС. Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию при инженерных изысканиях для строительства. М., 1985, 73 с.

76. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Draft №1, European Committee for Standartization, 2001.

77. Силин K.C., Глотов H.M., Карпинский В.И. Фундаменты опор мостов из сборного железобетона. М., "Транспорт", 1966, 324 с.

78. Seismic Retrofitting Manual for Highway Bridges. US Departament of Transportation. Federal Highway Administration. May 1995, 309p.

79. Specifications for highway bridges. Part 5: Seismic design. Feb. 1990. Japan Road Association, 275 p.

80. И.А.Ершов. Использование инструментальных данных о слабых землетрясениях для микрорайонирования. В кн.: Сейсмическое микрорайонирование. М., "Наука", 1977, с. 144-151;

81. А.Л.Коган, В.А.Нечаев, О.А.Романов. Сейсмическое микрорайонирование в Таджикистане. Душанбе, "Дониш", 1974, 379 с;

82. П.И.Крамынин, Ю.К.Чернов, В.В.Штейнберг. Ускорения колебаний скальных и рыхлых грунтов при сильных землетрясениях. В кн.: Эпицентральная зона землетрясений. М., "Наука", 1978, с. 140-148;

83. Отчёт по теме "Провести исследовательские сейсмологические работы по площади строительства мостового перехода через водохранилище Рогун-ской ГЭС", ПНИИИС, М., 1985, 42 с.1. Литература по общей части

84. Стихийные бедствия: изучение и методы борьбы (перевод с английского). М., "Прогресс", 1978, с.5

85. The California earthquake of April 18 1906. Report of the State Earthquake Investigation Commission. Washington, 1908,451 p

86. Reports of the Imperial Earthquake Investigation Committee, №100, Japan, Tokyo, 1926

87. Nasu N. The great Indian Earthquake of January 15, 1934. Bull, of the Earthquake Research Institute, 1935, vol.XIII, p.417-43290.0разымбетов H.O., Сердюков M.M., Шанин C.A. Ашхабадское землетрясение 1948 г. М., Госстройиздат, 1960, 307

88. The Fukui earthquake, Horuriku Region, Japan, 28 June 1948, V.II, Engineering, p.25-26

89. Штейнбругге К., Моран Д. Инженерный анализ последствий землетрясений 1952 года в Южной Калифорнии. М., Госстройиздат, 1957, 270 с

90. Steinbrugge K.V., Flores R.A. The Chilian earthquakes of May, 1960. A structure engineerinf view point. Bull, Seism. Soc. of ctm., 1963, vol.53, №2, p.225-307.

91. Kachadoorian R. Effects of the earthquake of March 27, 1964, the Alaska highway system. Washington. Inited State Gov. Print Off., 1968, 66p

92. McCalloch D.S., Bonella M.G. Effects of the Earthquake of March 27, 1964 on the Alaska railroad. Washington. Inited State Gov. Print Off., 1970, 161 p.

93. Дагестанское землетрясение 14 мая 1970 г. М., "Наука", 1981

94. San Fernando, California, Earthquake of February 9, 1971. Washington, 1973, US Departament of Commerce, vol.2, 325 p

95. Braga F., Petrangeli M. Ferremoto del 6 Maggio 1976 nel Friuli. Considerazioni sul comportamento di ponti, viadotti ed alter opera stradalli. Ind. ital.cem., 1976, №7-98, p.526-540

96. Карпатское землетрясение 1986 г. Кишинёв, "Штиинца", 1990, 334 с.

97. Эйби Дж.А. Землетрясения. М., "Недра", 1982, 264 с.

98. Окамото Ш. Сейсмостойкость инженерных сооружений. М., Стройиз-дат, 1980, 342 с.

99. Накано Т. и др. Стихийные бедствия в Японии. В кн. "Стихийные бедствия: изучение и методы борьбы". М., "Прогресс", 1978, с.369-391

100. Висвейдер X., Бертон Я. Стихийные бедствия и меры защиты от них в Канаде и США. В кн. "Стихийные бедствия: изучение и методы борьбы". М., "Прогресс", 1978, с.ЗО 1-322

101. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР. М., "Наука", 1977, 535 с

102. Поляков С.В. Последствия сильных землетрясений. М., Стройиздат, 1978,311 с

103. Николе Т.К. Глобальный обзор реакций человека на стихийные бедствия: землетрясения. В кн. "Стихийные бедствия: изучение и методы борьбы". М., "Прогресс", 1978, с.416-438

104. Роджерс П. Социально-экономические последствия тропических циклонов. В кн. "Impact of Science on Society", №3, 1983, M., "Прогресс", с. 14-23

105. Practical lessons from the Loma Prieta earthquake National academy press. Washington, 1994,273 p.

106. The July 16, 1990, Philippines Earthquake. EQE Engineering, 1990, 47 p

107. The April 22, 1991 Valle de la Estrella Costa Rica Earthquake. EQE International, 38 p

108. Northridge Earthquake. January 17, 1994, EERI, 104 p.

109. The Hyogo-Ken Nanbu Earthquake. January 17, 1995, EERI, 116 p.

110. Сейсмическая опасность и сейсмостойкое строительство в Российской Федерации. М., Минстрой, 1996, 73 с.

111. Природные опасности и общество. М., "КРУК", 2002, 248 с.

112. Химмельблад Д. Анализ процессов статистическими методами. М., "Мир", 1973,957 с.