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
.
Исходные данные
.1
Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам
.2
Сведения о гранулометрическом составе грунтов 1-го водоносного слоя
.3
Сведения о физико-механических свойствах грунтов первого водоносного слоя и
первого водоупора
.4
Результаты химического анализа грунтовых вод
.5
Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки
.
Аналитический блок
.1
Геологические условия
.2
Гидрогеологические условия
.3
Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении
.4
Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых
вод
.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 Геолого-литологические колонки по разведочным
скважинам
Скважина № 2
Н = 36,2 м
Геологический
индекс
|
Отметка
подошвы слоя
|
Глубина
залегания слоя, м
|
Мощность
слоя
|
Разрез
|
Описание
пород
|
Уровни
подземных вод
|
|
|
от
|
до
|
|
|
|
Появл.
|
Устан.
|
ml
IV
|
35,0
|
0
|
1,2
|
1,2
|
|
Песок
пылеватый, средней плотности с глубины1,0 водонасыщенный
|
35,2
|
35,3
|
lg
III
|
32,1
|
1,2
|
4,1
|
2,9
|
|
Суглинок
ленточный, мягкопластичный
|
|
|
g
III
|
29,0
|
4,1
|
7,2
|
3,1
|
|
Песок
гравелистый, плотный, водонасыщенный
|
|
|
g
III
|
25,1
|
7,2
|
11,1
|
3,9
|
|
Суглинок
с гравием, галькой, полутвердый
|
|
|
Î1
|
24,2
|
11,1
|
12
|
0,9
|
|
Глина
голубая, полутвердая
|
|
|
Скважина № 3
Н = 35,1 м
Геологический
индекс
|
Отметка
подошвы слоя
|
Глубина
залегания слоя, м
|
Мощность
слоя
|
Разрез
|
Описание
пород
|
Уровни
подземных вод
|
|
|
от
|
до
|
|
|
|
Появл.
|
Устан.
|
ml
IV
|
32,0
|
0
|
3,1
|
3,1
|
|
Песок
глинистый пылеватый (опред. из гранулометр. анализа)
|
34,2
28,8
|
34,4
34,0
|
p
IV
|
31,2
|
3,1
|
3,9
|
0,8
|
|
Торф
|
|
|
lg
III
|
29,6
|
3,9
|
5,5
|
1,6
|
|
Суглинок
слоистый, тугопластичный
|
|
|
g
III
|
26,6
|
5,5
|
8,5
|
3
|
|
Песок
гравелистый, плотный, водонасыщенный
|
|
|
g
III
|
24,2
|
8,5
|
10,9
|
2,4
|
|
Суглинок
с гравием, твердый
|
|
|
Î1
|
23,1
|
10,9
|
12
|
1,1
|
|
Глина
голубая, твердая
|
|
|
Скважина № 6
Н = 33,6м
Геологический
индекс
|
Отметка
подошвы слоя
|
Глубина
залегания слоя, м
|
Мощность
слоя
|
Разрез
|
Описание
пород
|
Уровни
подземных вод
|
|
|
от
|
до
|
|
|
|
Появл.
|
Устан.
|
ml
IV
|
31,4
|
0
|
2,2
|
2,2
|
|
Песок
пылеватый, средней плотности, водонасыщенный
|
32,0
|
32,2
|
lg
III
|
28,2
|
2,2
|
5,4
|
3,2
|
|
Супесь
слоистая, пластичная
|
|
|
g
III
|
27,4
|
5,4
|
6,2
|
0,8
|
|
Песок
гравелистый, плотный, водонасыщенный
|
|
|
g
III
|
23,7
|
6,2
|
9,9
|
3,7
|
|
Суглинок
с гравием, галькой, тугопластичный
|
|
|
Î1
|
21,2
|
9,9
|
12,4
|
2,5
|
|
Глина
голубая, полутвердая
|
|
|
1.2 Сведения о гранулометрическом составе
грунтов первого водоносного слоя
Номер
участка
|
Номер
скважины
|
Галька
>100
|
Гравий
10-2
|
Песчаные
|
Пылеватые
|
Глинис-тые
|
|
|
|
|
2-0,5
|
0,5-0,25
|
0,25-0,1
|
0,1-0,05
|
0,05-0,01
|
0,01-0,005
|
|
7
|
3
|
-
|
-
|
3
|
5
|
7
|
58
|
12
|
13
|
2
|
.3 Сведения о физико-механических свойствах
грунтов первого водоносного слоя и первого водоупора
Грунт
|
Индекс
слоя
|
Плотность,
т/м3
|
Число
пластичности , д. ед.
|
Показатели
пористости, д. ед.
|
Модуль
деформации Е, МПа
|
Содержание
ОВ*, %
|
Степень
разложения D, %
|
|
|
ps
|
p
|
|
n
|
e
|
|
|
|
Песок
пылеватый
|
ml
IV
|
2,65
|
1,80
|
-
|
0,35
|
0,53
|
9-12
|
-
|
-
|
Супесь
слоистая
|
lg
III
|
2,68
|
2,05
|
0,03
|
0,38
|
0,6
|
8-12
|
-
|
-
|
Суглинок
ленточный
|
lg
III
|
2,72
|
1,92
|
0,16
|
0,55
|
0,90
|
6-12
|
-
|
-
|
.4 Результаты химического анализа грунтовых вод
Номер
скважины
|
Ca
|
Mg
|
K+Na
|
SO4
|
Cl
|
HCO3
|
CO2CB
|
pH
|
|
мг/л
|
3
|
192
|
56
|
830
|
562
|
1020
|
598
|
88
|
6,7
|
.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
.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.
.Геолого-литографический разрез.
.Определение и классификация пропущенных слоев.
На основе результатов гранулометрического
анализа (таблица в п. 1.2.) получили, что грунт первого слоя (по ГОСТ 25100-95)
- 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
Диаметры
частиц, мм
|
<10
|
<2
|
0,5
|
<0,25
|
<0,1
|
0,05
|
<0,01
|
<0,005
|
Сумма
фракций, %
|
100
|
100
|
97
|
92
|
85
|
27
|
15
|
2
|
Суммарная кривая гранулометрического состава
Определение
действующего (d10) и контролирующего (d60) диаметров:= 0,0075 мм= 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
.Геологическое строение площадки и
выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)
Выделение ИГЭ
№
|
Индекс
|
Наименование
грунта
|
Показатель
пористости е, д.ед.
|
Показатель
текучести IL
|
1.
|
ml
IV
|
Песок
пылеватый, средней плотности
|
0,6-0,8
|
-
|
2.
|
p
IV
|
Торф
|
-
|
-
|
3.
|
lg
III
|
Суглинок
ленточный, мягкопластичный
|
-
|
0,5-0,75
|
4.
|
lg
III
|
Суглинок
слоистый, тугопластичный
|
-
|
0,25-0,5
|
5.
|
lg
III
|
Супесь
слоистая, пластичная
|
-
|
6-.
|
gIII
|
Песок
гравелистый, плотный
|
<0,55
|
-
|
7.
|
gIII
|
Суглинок
с гравием, галькой, полутвердый
|
-
|
0-0,25
|
8.
|
gIII
|
Суглинок
с гравием, твердый
|
-
|
<0
|
9.
|
gIII
|
Суглинок
с гравием, галькой, тугопластичный
|
-
|
0,25-0,5
|
10.
|
Î1
|
Глина
голубая, полутвердая
|
-
|
0-0,25
|
11.
|
Î1
|
Глина
голубая, твердая
|
-
|
<0
|
.Глубина залегания коренных пород
Î1 - Глина голубая, полутвердая.
Залегает ниже абсолютной отметки 25,1 м скважины № 2 ниже отметки 23,7 м
скважины № 6.
Î1 - Глина голубая, твердая. Залегает
ниже отметки 24,2 м скважины № 3,
. 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 Гидрогеологические условия
.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:
Водоносный
горизонт
|
№2
|
№3
|
№6
|
|
Глубина
залегания
|
Мощность
|
Глубина
залегания
|
Мощность
|
Глубина
залегания
|
Мощность
|
Песок
пылеватый, средней плотности
|
1,2
|
0,3
|
3,1
|
2,4
|
2,2
|
0,8
|
Песок
гравелистый, плотный
|
7,2
|
3,1
|
8,5
|
3
|
6,2
|
0,8
|
Величина напора для напорного водоносного
горизонта Низб.= 5,2 м .
.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.
.Химический анализ грунтовых вод
Выражение результатов анализа в различных формах
Ионы
|
Содержание,
мг/л
|
Эквивалентное
содержание
|
Эквивалентная
масса
|
|
|
мг·экв
|
(%-экв)
|
|
Катионы
|
Na+
Mg2+ Ca2+
|
830
56 192
|
36,1
4,7 9,6
|
71,6
9,3 19,0
|
23,0
12,0 20,0
|
Сумма
катионов
|
1078
|
50,4
|
100%
|
-
|
Анионы
|
Cl-
SO42- HCO3-
|
1020
562 598
|
29,1
11,7 9,8
|
57,5
23,1 19,4
|
35,0
48,0 61,0
|
Сумма
анионов
|
2180
|
50,6
|
100%
|
-
|
Общая
сумма
|
3258
|
101
|
-
|
-
|
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.
.3 Гидрогеологические расчеты при строительном
водопонижении
Расчет котлована:
Исходные данные:
Скважина № 3
Глубина котлована hк = 2м
Размеры котлована 30 х 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=1м3/сут (коэфф. фильтрации грунта водоносного слоя)табл =30 м (радиус влияния
водопонижения)=1,3 м, высота столба воды до водопонижения= 2,5 м, высота
капиллярного поднятиявеличина водопонижения. Воду понижают до отметки ниже его
дна.
1,5 hwk >S> hwk+ hk+05
,95 м>S>
4,3 м
r0 - приведенный радиус «большого колодца», м
- радиус влияния «большого
колодца», м
= r0 + R = 16.93 + 30 = 46.93 ма1 =
1,69 ма2 = 0,39м
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=0.3м=0,3м
Глубина залегания грунтовых вод d =0,9 м=0 мтабл
= 40м (радиус влияния водопонижения)=3м3/сут (коэфф. фильтрации грунта
водоносного слоя)
Расчет притока воды:
м3/сут
.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;- путь фильтрации, равный радиусу влияния, м;
,33 - коэффициент, ограничивающий
значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.
График прогноза суффозионного выноса
(по В.С. Истоминой):
- область разрушающих градиентов
фильтрационного потока;- 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= 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 = 12000 КПа - модуль общей
деформации грунта в зоне депрессионной воронки.
Тогда:
Осадки грунта практически нет.
Схема поверхности земли при
водопонижении
.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.
изб = gw*Hw = 10*2 = 20 кН/м2гр = g *hгр = 18,0*1,9 = 34,2
кН/м2изб = 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<pгр, следовательнодно выработки
устойчиво к прорыву. Для уменьшения избыточного напора применяют глубинное
водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами
или выходит самоизливом).
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.