Федеральное агентство по образованию
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра геотехники
Факультет городского строительства и ЖКХ
Курсовая работа
Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении
Выполнил студент гр. ГС-2
Шелепо К.
Принял преподаватель
Зеленкова Н. И.
СПб
2008
Введение
Воды, находящиеся в верхней части земной коры называются подземные. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах называют гидрогеологией.
Подземные воды в верхней части земной коры образуются путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действие гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты. Так создаются горизонты подземных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов. В образовании подземных вод принимает также участие конденсация водяных паров, которые проникают в поры пород из атмосферы.
На строительных площадках многие трудности связаны с подземными водами: затопление котлованов (траншей), нарушение устойчивости их стенок, прорыв дна под воздействием напорных вод и др. В дальнейшем, уже при эксплуатации отдельных сооружений или застроенных территорий в целом, также могут возникнуть осложнения: подтопление подвалов, коррозия бетона и других материалов, проседание поверхности земли за счет водопонижения. Поэтому оценка гидрогеологических условий является важнейшей составной частью инженерно-геологических изысканий, на основе которых ведется проектирование оснований и фундаментов.
Режим подземных вод изменяется как в процессе строительства, так и в период эксплуатации зданий и сооружений. Изменения могут иметь временный или постоянный характер.
Понижение уровня грунтовых вод может влиять на состояние песчаных и супесчаных грунтов, вызывая как разуплотнение, так и уплотнение их.
Повышение уровня грунтовых вод вызывает увеличение влажности и индекса текучести у пылевато-глинистых грунтов, что приводит к уменьшению прочностных и деформативных показателей.
Любые нарушения гидрогеологических условий могут приводить к дополнительным осадкам грунтовой толщи и деформациями сооружений.
Геологические условия
На основе анализа участка можно сделать вывод, что колебания высот небольшое и составляет 0,8 м. (от 10,5 м до 11,3 м). Уклон поверхности между скважинами 64 и 68 составляет 1,2%, между скважинами 68 и 70 – 1%.
Исследуем скважины 64, 68 и 70. По их описаниям строим геолого-литологический разрез.
№ скважины и абсол. отметка устья |
Номер слоя |
Индекс слоя |
Полевое описание пород |
Отметка подошвы слоя |
Отметка уровня подземных вод |
64
11.2
|
1 |
ml IV |
Песок крупный, средней плотности.
с глубины 1,З м, водонасыщенный
|
9,2 |
9,7
9,9
|
2 |
ml IV |
Супесь с растительными остатками, пластичная |
8,2 |
3 |
lg III |
Суглинок ленточный, текучий |
5,2 |
4 |
g III |
Песок крупный, средней плотности,
с гравием, водонасыщенный
|
3,2 |
5 |
g III |
Супесь с гравием, твердая |
2,2 |
6 |
Є |
Глина голубая, полутвердая |
1,2 |
68
10,5
|
1 |
ml IV |
(определяем по расчету) |
7,8 |
10,3
10,4
5,5
10,2
|
2 |
lg III |
Суглинок слоистый, мягкопластичный |
5,5 |
3 |
g III |
Песок гравелистый, средней плотности, водонасыщенный |
3,5 |
4 |
Є |
Глина голубая,тугопластичная |
2,5 |
70
11,3
|
1 |
ml IV |
Песок мелкий, средней плотности.
с глубины 1,4 м, водонасыщенный
|
7,5 |
9,6
9,9
|
2 |
lg III |
Суглинок слоистый, мягкопластичный |
6,0 |
3 |
lg III |
Супесь слоистая пластичная |
5,3 |
4 |
g III |
Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный |
4,1 |
5 |
g III |
Суглинок с гравием, полутвердый |
2,3 |
Для грунта первого слоя скважины 68 выполним следующие расчеты и определим его наименование по ГОСТ.
Руководствуясь таблицей гранулометрического состава грунта:
Галька
>100
|
Гравий
10-2
|
Песчаные |
Пылеватые |
Глинистые
<0,005
|
2-0,5 |
0,5-0,25 |
0,25-0,1 |
0,1-0,05 |
0,05-0,01 |
0,01-0,005 |
- |
2 |
6 |
20 |
50 |
9 |
6 |
5 |
2 |
Определим по ГОСТ 25100-95 данный грунт – песок средней крупности.
Строим кривую гранулометрического состава, используя таблицу, приведенную ниже:
Диаметры частиц, мм |
<10 |
<2 |
<0,5 |
<0,25 |
<0,1 |
<0,05 |
<0,01 |
<0,005 |
Сумма фракций,% |
100 |
98 |
92 |
72 |
22 |
13 |
7 |
2 |
Используя кривую гранулометрического состава находим d10
=0,022 и d60
=0,2.
Степень неоднородности гранулометрического состава Сu
= d60
/ d10
=9,1
Следовательно грунт неоднороден, т.к. Сu
> 3
Т.к. Сu
> 5, следовательно значение коэффициента фильтрации k
принимаем по таблице средних значений равным k=
15м/сут
Высота капиллярного поднятия
hk
=C/(e* d10
)=0,3/(0,66*0,022)=20,66см,
где е-коэффициент пористости (для песка средней крупности е=0,66)
С – эмпирический коэффициент, принимаем равным 0,3
Определяем глубину залегания коренных пород и уклон кровли:
Глина голубая Є – в среднем залегает на 8 м от поверхности, уклон кровли составляет в среднем 1,9%.
Категория сложности инженерно-геологических условий (по СП 11-105-97):
По геоморфологическим условиям – простая категория сложности, т.к. площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента.
По геологическим условиям – сложная, т.к. более 4 по литологии слоев, есть линзовое залегание слоев.
Гидрологические условия
На основе анализа колонок буровых скважин, геолого-литологического разреза и карты гидроизогипс установим:
Количество водоносных слоев – 2
Подземные воды по условию залегания – грунтовые. Водоносные слои – пески различной крупности; водоупорный слой – суглинок.
Глубина залегания и мощность водоносных горизонтов: в среднем глубина залегания 10м, мощность в среднем 2 м.
На основе исходных данных построим карту гидроизогипс. По карте определим:
- направление потока – радиальный, сходящийся
- гидравлический градиент:
с максимальным перепадом уровней грунтовых вод i=0,033
с минимальным перепадом уровней грунтовых вод i=0,002
Скорость грунтового потока V=k*i
Vmax
=0,495
Vmin
=0,03
Действительная скорость Vд
=V/n, где n – пористость водовмещающих пород в д. ед. (nпринимаем равным 0,4 для песков средней крупности)
Vд
max
=1,237
Vд
min
=0,075
Используя таблицу результатов химического анализа воды определим химический состав подземных вод:
Ионы |
Содержание, мг/л |
Эквивалентное содержание |
Эквивалентная масса |
мг*экв/л |
(%-экв) |
катионы |
Na+
|
118 |
5,13 |
68 |
23 |
Mg2+
|
29 |
2,42 |
17 |
12 |
Ca2+
|
26 |
1,30 |
15 |
20 |
Сумма катионов |
173 |
8,85 |
100 |
- |
анионы |
Cl-
|
56 |
1,60 |
12 |
35 |
SO4
2-
|
138 |
2,87 |
28 |
48 |
HCO3
-
|
295 |
4,84 |
60 |
61 |
Сумма анионов |
489 |
9,31 |
100 |
Общая сумма |
662 |
18,16 |
По общему содержанию солей М и преобладающим ионам, можно сделать вывод, что вода – пресная гидрокарбонат-натриевая.
При оценке воды по отношению к бетону можно сказать, что по всем показателям (за исключением количества содержания ионов натрия и калия, т.к. они содержатся в большом количестве) вода не будет являться агрессивной средой для бетона.
Категория сложности по гидрогеологическим условиям – средней сложности, т.к. имеются 2 горизонта подземных вод, возможно местами с неоднородным химическим составом, один из водоносных горизонтов обладает напором.
Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении.
По данным размер котлована: 30х30, глубина 3м., отношение длины и ширины котлована <10 следовательно котлован короткий. Из разреза видно, что дно котлована упирается в водоупор, значит котлован считаем совершенным. Величина водопонижения S=h1
= 2,6м
Радиус влияния водопонижения R=2S(h*k)1/2
=2*2,2(3*15) 1/2
=30м
По таблице средних значений радиус влияния водопонижения R для песков средней крупности равен 70м.
Сравниваем эти два значения и для дальнейших расчетов притока выбираем между ними меньшее, следовательно R=30м.
Рассчитываем приведенный радиус котловаа
r0
=(l*b/π) 1/2
=17м
Радиус влияния котлована Rk
=R+ r0
=30+17=47 м
Приток воды Q=1,37k(h1
2
-h2
2
)/lg(Rk
/ r0
)=1,37*15(2,2*2,2)/0,44=225,2м3
/сут
Траншея глубиной 2,2м, длиной 100м., т.к отношении длины и ширины траншеи >10, то она является несовершенной выемкой. Траншея вырыта на месте скважины 70 , где грунт – мелкий песок (R=55,k=10)
Q=k(h1А
2
-h2А
2
)*l/R=10*(0,852
-0,62
)*100/55=6,59 м3
/сут
Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод
Механическая суффозия. Прогноз суффозионного выноса.
В котловане: i=S/0,33R=2,2/0,33*70=0,1 Сu
=9,1 (значение R принимаем максимальное)
В траншее: i=S/0,33R=0,25/0,33*55=0,01
Используя график В. И.Истоминой определяем, что обе точки попали в область безопасных градиентов. Следовательно суффозионный вынос маловероятен.
Фильтрационный выпор также маловероятен, так как i<1
Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод
ρs
=2,65 т/м3
ρ=1,65 т/м3
Е=30МПа n=0,4
γs
= ρs
*g=2,65*9,8=25,97кН/м3
γ= ρ *g=1,65*9,8=16,17кН/м3
γw
= ρw
*g=1*9,8=9,8 кН/м3
Δγ=γ- γsb
= γ-( γs
- γw
)(1-n)=16,17-(25,97-9,8)(1-0,4)=0,60 кН/м3
Sгр
= Δγ* Sw
2
/2Е=0,6*2,22
/2*30=0,048
Прогноз воздействия напорных вод на дно котлована
Ризб
= γw
* hw
=9,8*4,2=41,16
Ргр
= γ* hгр
=18,82*2=37,64 (для суглинка γ= ρ *g=1,92*9,8=18,82 кН/м3
)
Ризб
> Ргр
следовательно, возможен прорыв напорных вод в котлован.
Для уменьшения избыточного напора принимают глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизволом). Это приводит к дополнительному напряжению в толще грунта (0,1 МПа) и оседанию земной поверхности из-за сжатия грунта.
Заключение
На основе анализа рельефа и разреза установим категорию сложности инженерно-геологических условий:
По геоморфологическим условиям – простая категория сложности, т.к. площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента.
По геологическим условиям – сложная, т.к. более 4 по литологии слоев, есть линзовое залегание слоев
Категория сложности по гидрогеологическим условиям – средней сложности, т.к. имеются 2 горизонта подземных вод, возможно местами с неоднородным химическим составом, один из водоносных горизонтов обладает напором.
По гидрохимическим факторам – при оценке воды по отношению к бетону можно сказать, что по всем показателям (за исключением количества содержания ионов натрия и калия, т.к. они содержатся в большом количестве) вода не будет являться агрессивной средой для бетона.
К неблагоприятным процессам в грунтовой толще, связанные с техногенным воздействием при строительном освоении территории можно отнести понижение или повышение уровня грунтовых вод, изменение химического состава и температуры воды грунтовых вод, снижение напоров в межпластовых водоносных горизонтах. В следствии этих и ряда других процессов в условиях эксплуатации сооружений могут возникать осадки и деформации сооружений.
Во избежание неблагоприятных последствий важна правильная оценка гидрогеологических условий, чтобы в дальнейшем не возникло проблем с подтоплением подвалов, коррозией бетона и других материалов, проседанием поверхности земли за счет водопонижения и т.д.
|