Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра геотехники Дисциплина: Геология Курсовая работа по теме:

«Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении»

Санкт-Петербург

2013 г.

В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений важное значение отводится роли подземных вод. Подземные воды вызывают ряд процессов в грунтовой толще, которые могут серьезно осложнить строительство и эксплуатацию сооружений. Подземные воды вступают во взаимодействие с породами, ухудшая их механические свойства. Они довольно часто являются агрессивной средой по отношению к бетону, алюминию, железу. На строительных площадках из-за подземных вод возникает опасность затопления котлованов (траншей), нарушение устойчивости их стенок, прорыв дна под воздействием напорных вод и др.

Для целей проектирования и строительства понятие «гидрогеологические условия» можно определить как совокупность следующих характеристик водоносных горизонтов (слоев): 1) их количество в изученном разрезе, 2) глубина залегания, 3) мощность и выдержанность, 4) тип по условиям залегания, 5) наличие избыточного напора, 6) химический состав, 7) гидравлическая связь с поверхностными водами и другие показатели режима.

Режим подземных вод изменяется как в процессе строительства, так и в период эксплуатации зданий и сооружений. Изменения могут иметь временный или постоянный характер. Наиболее часто встречаются:

понижение уровня грунтовых вод (проходка котлованов, систематический дренаж, устройство дорожных выемок, дренирующих засыпок траншей и др.);

снижение напоров в межпластовых водоносных горизонтах (проходка котлованов и коллекторов глубокого заложения);

повышение уровня грунтовых вод (утечки из водонесущих сетей, «барражный» эффект фундаментов глубокого заложения, крупных подземных сооружений и т. п.);

изменение химического состава и температуры подземных вод (утечки из сетей, антиналедные мероприятия и др.).

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.

Практически все перечисленные изменения свойств грунтов, вызванные нарушением гидрогеологических условий, могут приводить к дополнительным осадкам грунтовой толщи и деформациям сооружений.

При выполнении работ по устройству оснований зданий и сооружений должны предъявляться повышенные требования к предварительному изучению в процессе строительства конкретных местных геологических и гидрогеологических условий.

Исходные данные

1. Карта фактического материала: Участок № 5. Скважины № 31,32,33 М 1:2000

Рис. 1

2. Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам № 31,32,33

Таблица 1

3. Сведения о гранулометрическом составе грунтов первого водоносного слоя Таблица 2

4. Сведения о физико-механических свойствах грунтов первого водоносного слоя и первого водоупора.

Таблица 3

5. Результаты химического анализа грунтовых вод Таблица 4

6. Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки:

Котлован: скв. № 33:

глубина h=3,5 м длина l=20 м, ширина b=20 м, l /b=1

Траншея: скв. № 32−33

глубина h=2 м длина l=100 м

1. Геологические условия

гидроизогипс водопонижение грунтовый котлован Для грунта первого слоя, не имеющего наименование:

На основе результатов гранулометрического анализа получили, что грунт первого слоя (по ГОСТ 25 100–95) — это песок пылеватый. Для определения точного названия этого слоя и некоторых его характеристик построим суммарную кривую гранулометрического состава.

Результат гранулометрического анализа

Вспомогательная таблица

Действующий диаметр: d10 = 0,008 мм Контролирующий диаметр: d60 = 0,32 мм Результаты гранулометрического анализа позволяют определить степень неоднородности грунта и некоторые его водные свойства — суффозионную устойчивость, коэффициент фильтрации, высоту капиллярного поднятия.

Степень неоднородности грунта:

=40

Так как 310, то грунт неизвестного слоя — это песок пылеватый неоднородный, суффозионно неустойчивый.

Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации и радиуса влияния возьмем из таблицы средних значений, поскольку условия для использования эмпирических формул (Си < 5; d10 >0,1) не выполнены.

Ориентировочное значение коэффициента фильтрации k=3 м/сут.

Радиус влияния R=40м Высота капиллярного поднятия hk=1,5 м Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия hk (см):

е = 0,53 д.ед. — коэффициент пористости С = 0,1 — эмпирический коэффициент Высота капиллярного поднятия

=236см=2,36 м Выделение инженерно-геологических элементов.

В пределах пробуренной толщи коренные породы отсутствуют.

Средняя категория сложности инженерно-геологических условий, так как присутствует не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане и по глубине.

2. Гидрогеологические условия

2.1 Анализ геолого-литологического разреза

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных слоя.

тип по условиям залегания:

1 — грунтовые;

2 — межпластовые наименование водовмещающих и водоупорных слоев:

1слой:

водовмещающий — супесь пылеватая с растительными остатками, песок пылеватый;

водоупорный — суглинок ленточный;

2 слой:

водовмещающий — супесь слоистая, песок гравелистый;

водоупорный — суглинок с гравием;

глубина залегания и мощность каждого водоносного горизонта (слоя):

1 слой:

Глубина залегания 1,6 м (скв.№ 33)

Мощность водоносного слоя 1,9 м (скв.№ 33)

2 слой:

Глубина залегания 9,8 м (скв.№ 33)

Мощность водоносного слоя 2 м (скв.№ 33)

величина напора Низб для напорных водоносных горизонтов:

Низб= 6,3 м

2.2 Карта гидроизогипс

По карте гидроизогипс определяем:

направление потока и его характер:

плоский.

величина гидравлического градиента i, м:

?Hmin=0,1 м, l=62м; ДHmax=1,4 м, l=44м

imin==0,0016

imax==0,0318

где ДНmin — перепад отметок в скважинах № 33 и 37(м),

ДHmax — перепад отметок в скважинах № 33 и 34(м),

l — расстояние между этими скважинами (м) скорости грунтового потокаV (кажущаяся) и Vд (действительная) на участке с максимальным перепадом уровней грунтовых вод:

Vmin=kimin=3*0,0016=0,0048 м/сут

Vmax=kimax=3*0,0318=0,0954 м/сут где kкоэффициент фильтрации: k=3 м/сут

Vд min== 0,0137м/сут

Vд max==0,2726м/сут где nпористость водовмещающих пород (табл. 3)

n=0,35д. ед.

Используя данные химического анализа грунтовых вод (табл.4) и руководствуясь прил. 7 составляем формулу химического состава воды:

наименование воды:

Хлориднонатриевая, солоноватая Вода неагрессивная по всем показателям.

Средняя категория сложности участка, так как присутствуют два выдержанных горизонта подземных вод, обладающих напором.

3. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

3.1 Тип выемки: котлован — совершенный

Рис. 2

Исходные данные:

Скважина № 33.

Глубина котлована hк = 3,5 м Размеры котлована 20×20 м Характер потока вокруг выемки — радиальный.

Для расчета притока воды воспользуюсь формулой Дюпюи:

H1=1,9 м Величина водопонижения: S=H1=1,9 м Коэффициент фильтрации: k=3м/сут Приведенный радиус котлована:

ro= =11.28м Радиус влияния: R=40,0 м Радиус влияния котлована:

Rk =R+r0=11,28+40,0=51,28 м,

3.2 Тип выемки: траншея — несовершенная

Рис. 3

Исходные данные:

Глубина траншеи hтр = 2 м Длина траншеи L=100 м Водопонижение — до дна траншеи.

Характер потока вокруг выемки — радиальный.

Для расчета притока воды воспользуюсь формулой Дюпюи:

H01=1.3· hwk=1.3* 0,9=1,17 м, где hwk — высота столба воды в котловане до понижения Величина водопонижения:

S= hwk =0,9 м

H2=H01-S=1,17−0,9=0,27 м Коэффициент фильтрации:

k=3м/сут Радиус влияния: R=40,0 м

4. Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод

4.1 Прогноз суффозионного выноса

График прогноза суффозионного выноса В. С. Истоминой:

Рис. 4

степень неоднородности грунта Cu (установлена ранее):

Сu=40

величина гидравлического градиента i:

Т.к. i<1 фильтрационного выпора нет.

Точка попала в область безопасных градиентов, развитие суффозии невозможно.

4.2 Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта.

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле:

Sгр= ;

Где:?=-sb;

— удельный вес грунта, кН/м3

sb=(s-w)(1-n), кН/м3

sb — удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м3

w — удельный вес воды, кН/м3

n — пористость, д. ед.

S — величина водопонижения, м Е — модуль общей деформации, к Па удельный вес твердых частиц грунта:

гs=10*2,65=26,5 кН/м3(ps=2,65 т/м3)

удельный вес грунта:

г=10*1,8=18,0 кН/м3 (p=1,8 т/м3)

удельный вес воды: гw=10 кН/м3

пористость: n=0,35

Модуль общей деформации грунта: E=10 000 кПа

sb=-)*(1−0,35)=10,725 кН/м3

=18−10,725=7,275 кН/м3

Осадка территории:

Sгр = =0,0013м=1,3 мм Схема оседания поверхности земли при водопонижении.

Рис. 5

А — зона аэрации до водопонижения, где г — удельный вес грунта; B — зона полного водопонижения, где гsb — удельный вес грунта; B — зона «осушенного» грунта после водопонижения Рис. 6

4.3 Прогноз воздействия напорных вод на дно котлованов

В случае если на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунтов в основании котлованов и траншей. Возможны три варианта:

— pизб

— pизб = pгр — подъем дна котлована за счет разуплотнения грунта в его основании;

— pизб>pгр — прорыв напорных вод в котлован, где pизб= гw•Hw; pгр = г? hгр.

Рис. 7

Hизб=6,3 м;

hгр=4,4 м.

pизб= 10•6,3=63 кПа;

pгр=27,2•4,4=119,68кПа;

pизб=63 кПа

Можно сделать вывод, что дно выработки устойчиво.

Заключение

На разрезе между скважинами № 31, 32, 33 представлено четыре литологических разновидности горной породы.

Инженерно-геологические элементы:

1. Насыпной слой, песок со строительным мусором.

2. Супесь пылеватая, пластичная, с растительными остатками.

3. Песок пылеватый.

4. Cуглинок ленточный мягкопластичный.

5. Суглинок ленточный, текучий.

6. Супесь слоистая, пластичная.

7. Суглинок с гравием, полутвёрдый.

8. Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный.

9. Суглинок с гравием, твердый.

Категория сложности инженерно-геологических условий — средняя, так как присутствует не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане и по глубине.

По гидрогеологическим условиям — средняя категория сложности участка, так как присутствуют два выдержанных горизонта подземных вод, обладающих напором.

Неблагоприятные процессы в грунтовой толще, связанные с техногенным воздействием при строительном освоении территории: имеют ограниченное распространение и не оказывают существенного влияния.

Список используемой литературы

1. Задания и методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Инженерная геология» для студентов специальности 290 300 — промышленное и гражданское строительство (всех форм обучения) «Оценка гидрогеологических условий площадки строительства» / СПб. гос. архит.-строит. ун-т; Сост.: Н. И. Зеленкова, В. А. Челнокова. СПб., 2003. 56 с.

2. В. П. Ананьев. А. Д. Потапов Инженерная геология: Учеб. Для строит.спец. вузов — 3-е изд., перераб. и испр.- М.: высш.шк., 2005.-575 с.

3. ГОСТ 25 100–95 Грунты. Классификация.

4. СНиП 2.03.11−85 Защита строительных конструкций от коррозии.

5. ТСН 50−302−96 Устройство фундаментов гражданских зданий и сооружений в Санкт-Петербурге и на территориях, административно подчиненных Санкт-Петербургу.