Оценка гидрогеологических условий площадки строительства

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра геотехники Курсовая работа Оценка гидрогеологических условий площадки строительства Выполнила Диева Д.С.

гр. СВПГС-3

Проверил:

Кислицин Л.В.

Санкт-Петербург

Оглавление Введение

1. Исходные данные

1.1 Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам

1.2 Сведения о гранулометрическом составе грунтов 1-го водоносного слоя

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

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

1.5 Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки

2. Аналитический блок

2.1 Геологические условия

2.2 Гидрогеологические условия

2.3 Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

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

2.5 Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей Заключение Список использованной литературы грунт водоносный напорный котлован

Введение

Самым значимым элементом инженерно-геологических условий являются грунтовые воды. На строительных площадках многие трудности связаны именно с ними: затопление котлованов, 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.

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 деформации сооружений.

1. Исходные данные

буровая скважина № 3, абсолютная отметка устья 35,1

1.1 Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам Скважина № 2

Н = 36,2 м

Скважина № 3

Н = 35,1 м

Скважина № 6

Н = 33,6 м

1.2 Сведения о гранулометрическом составе грунтов первого водоносного слоя

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

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

1.5 Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки Котлован:

Скважина № 3, глубина 2 м., ширина 3 м., длина 3 м.

Траншея:

Скважина № 2, глубина 1,5 м., ширина 1 м., длина 100 м.

Водопонижение: до водоупора.

2. Аналитический блок

2.1 Геологические условия Оценка рельефа.

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент полого-волнистой равнины в пределах абсолютных отметок от 31,4 до 36,8 м., с растущим оврагом и рекой,, iобщ=0,5.

2.Геолого-литографический разрез.

3.Определение и классификация пропущенных слоев.

На основе результатов гранулометрического анализа (таблица в п. 1.2.) получили, что грунт первого слоя (по ГОСТ 25 100–95) — это песок. Для определения точного названия этого слоя и некоторых его характеристик построим суммарную кривую гранулометрического состава. Для этого составим вспомогательную таблицу «полных остатков»:

Вспомогательная таблица полных остатков

Суммарная кривая гранулометрического состава Определение действующего (d10) и контролирующего (d60) диаметров:

d10 = 0,0075 мм

d60 = 0,065 мм Результаты гранулометрического анализа позволяют определить степень неоднородности грунта и некоторые его водные свойства — суффозионную устойчивость, коэффициент фильтрации, высоту капиллярного поднятия.

Степень неоднородности грунта:

Следовательно грунт — это песок глинистый, пылеватый, неоднородный, суффозионно устойчивый.

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.

Коэффициент фильтрации k = 0,5−1 м/сут Радиус влияния R = 15−30 м Высота капиллярного поднятия hk = 0,4−1,5 м Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия hk (см):

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

4.Геологическое строение площадки и выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ) Выделение ИГЭ

5.Глубина залегания коренных пород

1 — Глина голубая, полутвердая. Залегает ниже абсолютной отметки 25,1 м скважины № 2 ниже отметки 23,7 м скважины № 6.

1 — Глина голубая, твердая. Залегает ниже отметки 24,2 м скважины № 3,

6. Категория сложности инженерно-геологических условий По СП 1−195−97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).

Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

2.2 Гидрогеологические условия

1.В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.

Тип водоносных горизонтов по условиям залегания — грунтовая вода.

Водовмещающие слои: песок пылеватый средней плотности, песок гравелистый плотный.

Водоупоры: суглинок ленточный, суглинок с гравием и галькой, глина голубая, суглинок слоистый, супесь слоистая.

Глубина залегания и мощность водоносных горизонтов:

Величина напора для напорного водоносного горизонта Низб.= 5,2 м .

2.Карта гидроизогипс По карте гидроизогипс вид грунтового потока плоский.

Величина гидравлического градиента:

Скважины № 1−2:

Скважины № 1−5:

Скорость грунтового потока (кажущаяся):

Скорость грунтового потока (действительная):

где n = 0,35 д. ед. — пористость водовмещающих пород.

3.Химический анализ грунтовых вод Выражение результатов анализа в различных формах

Химическая формула воды Вода солоноватая, хлоридно-натриевая. По результатам оценки качества воды можно сделать вывод, что эта вода сульфатно агрессивная, содержание сульфатов в пересчете на ионы SO4 больше 250 мг/л.

По гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности. Два горизонта подземных вод. Горизонт подземных вод обладает напором.

2.3 Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении Расчет котлована:

Исходные данные:

Скважина № 3

Глубина котлована hк = 2 м Размеры котлована 30×30 м Тип выемки — несовершенный (т.к дно котлована не доходит до водоупора).

Характер потока вокруг выемки — радиальный, т. к 30/30=1 <10

Глубина залегания грунтовых вод d = 0,7 м

k=1м3/сут (коэфф. фильтрации грунта водоносного слоя)

Rтабл =30 м (радиус влияния водопонижения)

hwk=1,3 м, высота столба воды до водопонижения

hk= 2,5 м, высота капиллярного поднятия

S-величина водопонижения. Воду понижают до отметки ниже его дна.

1,5 hwk >S> hwk+ hk+05

1,95 м>S> 4,3 м

r0 — приведенный радиус «большого колодца», м

— радиус влияния «большого колодца», м

Rk = r0 + R = 16.93 + 30 = 46.93 м

hа1 = 1,69 м

hа2 = 0,39 м Расчет величины притока воды

м3/сут

м3/сут Расчет траншеи:

Исходные данные:

Глубина траншеи hтр = 1,5 м Длина траншеи l = 100 м Тип выемки — совершенный (дно траншеи врезается в водоупор) Характер потока вокруг выемки — плоский

h1 =0.3м

S =0,3 м Глубина залегания грунтовых вод d =0,9 м

h2=0 м

Rтабл = 40 м (радиус влияния водопонижения)

k=3м3/сут (коэфф. фильтрации грунта водоносного слоя) Расчет притока воды:

м3/сут

2.4 Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод Прогноз суффозионного выноса Степень неоднородности грунта (песок глинистый, пылеватый, неоднородный, суффозионно устойчивы). Cu=8,67

Величина гидравлического градиента i при водопонижении в котловане:

в траншеи:

где S — разность напоров (отметок) водоносного слоя, м;

R — путь фильтрации, равный радиусу влияния, м;

0,33 — коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

График прогноза суффозионного выноса (по В.С. Истоминой):

I — область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II — область безопасных градиентов.

Точка с координатами (3,3;0,13) попадает в область II — область безопасных градиентов фильтрационного потока.

Точка с координатами (3,3; 0,02) также попадает в область II — область безопасных градиентов фильтрационного потока.

Таким образом, суффозионный вынос вблизи котлована и траншеи не предвидится.

Последствиями суффозионного выноса могут быть обрушение стенок котлована, проседание поверхности земли над трубопроводом и вблизи колодцев — за счет выноса тонких фракций грунта и его разуплотнения; изменение свойств песков, используемых для обратной засыпки траншей, пазух колодцев и дренажной сети — за счет вымывания тонких фракций (заиления), что может привести к изменению степени пучинистости грунта, выходу из строя дренажной системы и т. д.

Фильтрационный выпор в дне выемки При водопонижении величина градиента i = 0,13 < 1, котлован несовершенный, значит, фильтрационного выпора не будет.

Прогноз оседания поверхности земли Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта (песок пылеватый) Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле:

Где:

= 26,5 кН/м3 — удельный вес твердых частиц грунта, (ps*10)

= 10 кН/м3 — удельный вес воды

n = 0,35 д.ед. — пористость

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

= 18,0 кН/м3 — удельный вес грунта, (p*10)

= - величина водопонижения, Е = 12 000 КПа — модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Тогда:

Осадки грунта практически нет.

Схема поверхности земли при водопонижении

2.5 Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей В случае, когда на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунта в основании котлована. Возможны три варианта:

— дно выработки устойчиво;

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

— прорыв напорных вод в котловане.

Pизб = w*Hw = 10*2 = 20 кН/м2

Pгр = *hгр = 18,0*1,9 = 34,2 кН/м2

Pизб = 20кН/м2 < Pгр = 34,2 кН/м2

Дно выработки устойчиво. В случае если установлена возможность прорыва дна котлована, для уменьшения избыточного напора применяют глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизливом).

Заключение

По СП 1−195−97 сделан вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

По геоморфологическим условиям площадка относится к II (средней категории сложности), так как поверхность наклонная, слабо расчлененная.

Инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности). Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине.

По гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности. Горизонт подземных вод обладает напором и содержит загрязнение. Имеется два водоносных горизонта. Тип водоносных горизонтов по условиям залегания — грунтовая вода.

При расчета оценки воздействия напорных вод на дно котлована было выявлено, что pизб

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений, имеют ограниченное распространение и не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

К необходимым защитным мероприятиям можно отнести внимательный подбор состава цемента (для защиты от разрушения фундаментов зданий и сооружений грунтовыми водами).

Список использованной литературы Зеленкова Н. И., Челнокова В. А. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства. СПб., 2003.

Ананьев В.П., Потапов А. Д. Инженерная геология. М., 2000.

Гавич И.К. и др. Сборник задач по общей гидрогеологии. М., 1985.

СП 1−195−97. Свод правил для инженерных изысканий в строительстве. М., 1998.