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

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

г.

Введение

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

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

Рис. 1

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

Таблица 1

. Сведения о гранулометрическом составе грунтов первого водоносного слоя

Таблица 2

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

Таблица 3

5. Результаты химического анализа грунтовых вод

Таблица 4

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

Котлован: скв. № 33:

глубина h=3,5м

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 25100-95) - 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 3<Cu>10, 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=1,5м

Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия hk (см):

е = 0,53 д.ед. - коэффициент пористости

С = 0,1 - эмпирический коэффициент

Высота капиллярного поднятия

=236см=2,36м

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

.1 Анализ геолого-литологического разреза

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных слоя.

тип по условиям залегания:

- грунтовые;

- межпластовые

наименование водовмещающих и водоупорных слоев:

слой:

водовмещающий - супесь пылеватая с растительными остатками, песок пылеватый;

водоупорный - суглинок ленточный;

слой:

водовмещающий - супесь слоистая, песок гравелистый;

водоупорный - суглинок с гравием;

глубина залегания и мощность каждого водоносного горизонта (слоя):

слой:

Глубина залегания 1,6 м (скв.№33)

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

слой:

Глубина залегания 9,8м (скв.№33)

Мощность водоносного слоя 2м (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=0,1м, l=62м; ΔHmax=1,4м, l=44м

imin==0,0016==0,0318

где ΔНmin - перепад отметок в скважинах №33 и 37(м),

ΔHmax - перепад отметок в скважинах №33 и 34(м),- расстояние между этими скважинами (м)

скорости грунтового потокаV(кажущаяся) и Vд(действительная)

на участке с максимальным перепадом уровней грунтовых вод:

=kimin=3*0,0016=0,0048 м/сут=kimax=3*0,0318=0,0954 м/сут

где k- коэффициент фильтрации:k=3 м/сутд min== 0,0137м/сутд max==0,2726м/сут

где n- пористость водовмещающих пород(табл. 3)=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

.1 Тип выемки: котлован - совершенный

Рис. 2

Исходные данные:

Скважина №33.

Глубина котлована hк = 3,5 м

Размеры котлована 20 х 20 м

Характер потока вокруг выемки - радиальный.

Для расчета притока воды воспользуюсь формулой Дюпюи:

=1,9м

Величина водопонижения: S=H1=1,9м

Коэффициент фильтрации: k=3м/сут

Приведенный радиус котлована:

= =11.28м

Радиус влияния: R=40,0м

Радиус влияния котлована:

Rk =R+r0=11,28+40,0=51,28м,

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:

=1.3·hwk=1.3* 0,9=1,17м,

где hwk - высота столба воды в котловане до понижения

Величина водопонижения:= hwk =0,9м=H01-S=1,17-0,9=0,27м

Коэффициент фильтрации:=3м/сут

Радиус влияния: R=40,0м

.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:∆g=g-gsb;

g - удельный вес грунта, кН/м3

gsb=(gs-gw)(1-n), кН/м3

gsb - удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м3

gw - удельный вес воды, кН/м3- пористость, д. ед.- величина водопонижения, м

Е - модуль общей деформации, к Па

удельный вес твердых частиц грунта:

γs=10*2,65=26,5 кН/м3(ps=2,65 т/м3)

удельный вес грунта:

γ=10*1,8=18,0 кН/м3 (p=1,8 т/м3)

удельный вес воды: γw=10 кН/м3

пористость: n=0,35

Модуль общей деформации грунта: E=10000 кПа

sb=-)*(1-0,35)=10,725 кН/м3

=18-10,725=7,275 кН/м3

Осадка территории:

Sгр = =0,0013м=1,3мм

Схема оседания поверхности земли при водопонижении.

Рис. 5

А - зона аэрации до водопонижения, где γ - удельный вес грунта; B - зона полного водопонижения, где γsb - 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<pгр - дно выработки устойчиво;

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

pизб>pгр - прорыв напорных вод в котлован,

где pизб= γw∙Hw; pгр = γ∙hгр.

Рис. 7

изб=6,3 м;гр=4,4 м.изб= 10∙6,3=63 кПа;гр=27,2∙4,4=119,68кПа;изб=63 кПа<pгр=119,68 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:

. Насыпной слой, песок со строительным мусором.

. Супесь пылеватая, пластичная, с растительными остатками.

. Песок пылеватый.

. Cуглинок ленточный мягкопластичный.

. Суглинок ленточный, текучий.

. Супесь слоистая, пластичная.

. Суглинок с гравием, полутвёрдый.

. Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный.

. 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 290300 - 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.

.        ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

.        СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

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