| Скачать .docx | Скачать .pdf |
Курсовая работа: Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных
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.