Осушение строительного котлована. 3

Осушение  строительного котлована  

 

18

2

Нижегородский Государственный Архитектурно

Строительный  Университет

Кафедра гидравлики Курсовая работа Осушение строительного котлована Выполнил: студент гр.197 Николаева А.О. Проверил Сухов С.М. Н.Новгород-2005 Содержание

Цель работы…………………………………………………………….…..3

Исходные данные……………………………………………………….….4

1. Выбор метода  водопонижения………………………………….…5

2. Фильтрационный  расчет……………………………………………6

2.1. Построение  кривой депрессии……………………………………...6

2.2. Расчет притока  воды в котлован…………………………………...7

3. Расчет водосборной  системы………………………………….……7

3.1. Конструирование  водосбора снутри котлована……………..……7

3.2. Выбор конструкции  зумпфа……………………………………….14

4. Подбор насосной  установки………………………………………14

4.1. Расчет системы  всасывающей и напорной сети…..…………….14

4.2. Подбор марки  насоса……………………………….…………..…17

5. Расчет ливневого  коллектора……………………………………..18

Список использованных источников …………………………………..20

Цель  работы

Технология строительного  производства на вновь строящихся либо реконструируемых объектах при выполнении земельных, подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических критериях следует предугадывать создание работ по искусственному снижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Этот комплекс вспомогательных работ должен исключать нарушение природных параметров грунтов в основаниях возводимых сооружений и обеспечивать устойчивость откосов устраиваемых в земельный выемке.

В согласовании с личным заданием нужно выполнить  гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной на рисунке 1.

Исходные  данные

Таблица 1

1 Выбор метода водопонижения

В согласовании с пт 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предугадывать создание работ по искусственному снижению уровня грунтовых вод (УГВ). Согласно таблице 41.4[11] в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована быть может осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др. Рассмотрим некие из их. 1.1 Открытый водоотлив Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначимом притоке подземных вод в водонасыщенных скальных, обломочных либо галечных грунтах. При открытом водоотливе обширно используются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют последующим методом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается при помощи насосов. По мере разработки котлована приямки равномерно заглубляются совместно с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не обязана покрывать дно котлована. В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях спостроек и сооружений. Тут целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды. 1.2 Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) Употребляют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песочных грунтах. При всем этом методе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована традиционно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров создают при помощи вихревого насоса через всасывающий коллектор. При всем этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к снижению уровня грунтовых вод в будущем котловане либо траншее. Для снижения УГВ выше 5м используют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, обычно, расширения котлована и роста земельных работ. 1.3 Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами Для водопонижения в грунтах с огромным коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от разрабатываемой выемки употребляют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4 и ЭИ-6, состоящие из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного коллектора и центробежных насосов. Эжекторные установки разрешают понижать уровень грунтовых вод до 25м. 1.4 Понижение УГВ с электроосмосом В пылевато-глинистых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 2м/сут, искусственное водопонижение осуществляют при помощи электроосмоса в сочетании с иглофильтром. Его выполняют в таковой последовательности. По периметру котлована с интервалом 1,5…2м располагают иглофильтры, а меж ними (в шахматном порядке относительно иглофильтров) по бровке котлована забивают железные стержни из арматуры либо труб маленького диаметра. Эти стержни подсоединяют к положительному полюсу источника неизменного тока напряжением 40…60 В, а иглофильтры - отрицательному. Под действием тока рыхлосвязанная поровая вода переходит в вольную и, перемещаясь от анода к катоду (иглофильтру), откачивается, в итоге уровень грунтовых вод понижается. При всем этом методе водопонижения расход электроэнергии составляет 5…40 кВт/ч на1 м3. В связи с тем что цена искусственного водопонижения находится в прямой зависимости от длительности работы откачивающих машин, достигнуть сокращения издержек можно при максимальном сокращении сроков строительства. Заданием на проектирование определено снижение УГВ в строительном котловане при помощи открытого водоотлива .[1] 2 Фильтрационный расчет 2.1 Построение кривой депрессии По отношению к воде горные породы можно поделить на две главные группы : водопроницаемые и водоупорные . Водопроницаемые горные породы скоро поглощают воду и просто ее транспортируют . В зернистых породах - галечниках, гравии и песках - вода движется по промежуткам меж частичками а в мощных скальных и полускальных породах по трещинам либо карстовым породам . Водоупорные горные породы фактически не проводят через себя воду, потому что водопроницаемость равна нулю . К ним относятся глины , томные суглинки , разложившийся уплотненный торф . Водопроницаемость - это способность горных пород пропускать через себя воду . Величина водопроницаемости зависит от размеров пустот , диаметра пор и степени трещиноватости . Мера водопроницаемости - коэффициент фильтрации Кф, который равен скорости фильтрации при гидравлическом уклоне . Фильтрация - это движение воды в пористой среде . Скорость фильтрации при установившемся движении определяется по зависимости Дарси. V= Кф*i м/с , (1) где i- гидравлический уклон Расход фильтрующей воды определяется по зависимости : Q=w* Кф*i м3/с , (2) где w- площадь живого сечения потока. В случае широкого фильтрационного потока расчет ведут на единицу его длины и именуют удельным расходом: q=Q/L= Кф*i*h м2/с , (3) где h-глубина равномерного движения грунтовых вод. 1.Глубина строительного котлована Нк=5,0 м

2. Вычисляем  радиус влияния. Радиус влияния  зависит от рода грунта и  его можно найти по зависимости  , определяемой формулой Кусакина  И.П.[4,9]:

R=3000S(Кф0,5) (4)

где S - глубина  водоносного слоя,

S=Zгв-Zд , (5)

где Zд=-2,0 м - отметка  дна котлована ,

Кф=0,00011574 м/с - коэффициент  фильтрации грунта ,

S=2-(-2)=4 м

R=3000*4*(0.000115740,5)=129,1 м 

3. Кривая депрессии  АВ - линия вольной поверхности  грунтовых вод.

Для построения полосы АВ:

а) Определяем вспомогательную величину h :

h=mHк2/R (6)

где m=3 - заложение  откоса строительного котлована, задается в зависимости 

от грунта ;

Нк - глубина  строительного котлована;

R - радиус влияния.

h=3*5 2/129,1=0,581

б) Определяем высоту зоны высачивания по формуле

hвыс=h(1-0,3(T/Hк)1/3 (7)

где Т=Zд-Zву=3,0 м - расстояние меж дном котлована  и водоупором

hвыс= 0,581*(1-0,3*(3,0/5)1/3)=0,434 м

в) Определяем форму  кривой депрессии АВ для сориентированного  по координатным осям чертежа

y2= H12- x *( H12-H22)/(R-mhвыс) (8)

где H1 =7м- расстояние меж УГВ и уровнем водоупора

Н2 - расстояние меж точкой высачивания и уровнем  водоупора

Н2 =Т+ hвыс=3+0,434=3,434м

y2=(7)2- x * ((7)2-(3,434)2)/(129,1-3*0,434)=49-0,29x

Расчет сводим в таблицу 2

Таблица 2

По результатам  вычислений строим кривую депрессии (рис.2)

2.2 Определение притока  воды в котлован

Определяем величину расхода (притока) фильтрационных вод на один погонный метр периметра дна котлована. Принимаем Кф=0,00011574 м/с

Определим q- удельный фильтрационный расход по уравнению  Дюпюи:

q=Kф*( H12-H22)/(2L) (9)

где L=R- m* hвыс=129,1-3*0,434=127,798м (10)

q=0,00011574*((7)2-(4,434)2)/(2*127,798)=0,000016848 м2/с=1,46м2/сут

Определяем общий  фильтрационный расход

Qф=q(2В+2L) (11)

где (2В+2L) - фронт  сбора фильтрационных вод( периметр дна котлована),

В=30 м , L=75 м

Qф= 0,000016848(2*30+2*75)=0,003538 м3/с=305,69 м3/сут

Вычисляем расход инфильтрационных вод притекающих в котлован . Беря во внимание сведения СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» в расчетах условно принимаем , что Qинф=5Qф

Qинф=5*0,003538 м3/с= 0,01769 м3/с (12)

Определяем общий  расход как сумму расходов фильтрационных и инфильтрационных вод :

Qпр=Qинф+Qф 

Qпр=0,003538+0,01769=0,021228 м3/с

3. Расчет водосборной  системы

Назначение системы: собрать фильтрат и отвести в  зумпф, оттуда потом откачать при  помощи насоса.

Конструируем  открытый водоотлив лотковой конструкции

3.1 Конструирование  водосбора снутри  котлована

По периметру  дна котлована прокладывается два  открытых канала, каждый из которых  имеет протяженность L+В. Система  рассредоточено по всей длине воспринимает и отводит в зумпф фильтрационный поток с расходом Qрасч

Qрасч=1/2 Qпр (13)

Qрасч=1/2*0,021228=0,010614 м3/с

В расчете условно  принимается, что весь расход сосредоточено  приходит в начало каждого канала

Общие советы по проектированию

1. Ширина лотка  по дну более 30 см (ширина лопаты)

2. Уклон i=0,001ё0,005

Расчетные формулы:

v = C (14)

Q = Qрасчетн= Сw (15)

(16)

(17)

w= b*h (18)

(19)

где: v - средняя  скорость потока, м/с

С - коэффициент  Шези

R - гидравлический  радиус, м

w - площадь живого  сечения, м2 

- смоченный периметр, м 

i=0,005 - уклон дна  канала

n - коэффициент  шероховатости (принимаем n = 0,011 -земляной  канал)

h - высота сечения,  м .

Относительная ширина канала гидравлически наивыгоднейшего  сечения прямоугольной формы  в определяется по формуле 

в = b/ h=2

b =2h- ширина сечения, м

Найдем зависимость Q=f(h) для гидравлически наивыгоднейшего  сечения (ГНС) лотка

Таблица 3

По данным таблицы 3 строим график Q=f(h) (рис.3)

Выбираем соответственно расходу Q=0,010614 м3/с h=0,075 м, следовательно  ширина лотка b=2*h=2*0,075=0,15 м. Приобретенная  по расчету ширина лотка выходит  меньше ширины лопаты (30 см), следовательно принимаем сечение лотка:

b=30 см=0,3м;

h=15 см = 0,15 м. 

Развертка по трассе от истока до зумпфа приводится на рисунке 4.

3.2 Выбор конструкции  зумпфа

Местоположение  выбирается таким образом, чтоб водоотводящие  каналы делали свои функции. Рекомендуется :

а) заглублять ниже самого низкого уровня воды в нем  на 0,7 м , чтоб всасывающий постоянно  находился под водой и в  него не попадали воздух и грунт  со дна ;

б) запроектировать  в виде или древесного квадратного  колодца а*а и глубиной h , или  в виде круглого колодца из обычной  фальцевой железобетонной трубы  диаметром d ;

в) вместимость  зумпфа принимается больше чем Q притока  за 5 минут

Wзум=Qпрt (20)

Wзум=0,021228*300=6,3684 м3

Я тебя люблю  Принимаем высоту зумпфа hзп=2 м 

a=м

Принимаем зумпф  квадратного сечения с размерами a=1,8м; a=1,8м; и высотой h=2м, объём которого Wзп=6,48 м3

t=305 c

4.Подбор  насосной установки

Насос обеспечивает перекачку собранного фильтрата в приемник удаляемой воды:

а) в черте  населенного пт - ливневые канализационные  сети

б) в окрестной  местности - близлежащие водоемы, овраги.

Общие советы к  расчету

1. Остановка насоса  при достижении  малого уровня  воды в зумпфе  и запуск её  в момент заслуги наибольшего заполнения зумпфа обязана делается по сигналу датчика уровня;

2. По СНиПу непременно  назначается на 1ё2 рабочих насоса 1 резервный;

3.Подача насоса  обязана быть больше притока  воды Qнас>1,5 Qпр ;

4. Напор насоса  должен обеспечивать перекачку воды, т.е. Ннас> Нрасч;

5. При выборе  погружного насоса ГНОМ нужно  учесть его размеры.

4.1 Расчет системы  всасывающей и  напорной сети

Предпосылки

а) Скорость во всасывающем  и напорном трубопроводе в первом приближении принимается равной 1м/с;

б) На практике, традиционно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, потому скорость во всасывающей полосы около 0,7м/с, а в напор ной около 1м/с;

в) Всасывающая  линия рассчитывается с учетом утрат  в местных сопротивлениях (маленький  трубопровод);

г) Напорная линия  рассчитывается как обычный трубопровод  без учета местных потерь

Напорная линия

1. Определяется диаметр  напорного трубопровода  из уравнения неразрывности  потока, принимая  скорость в нем  V=1м/с

d= (21)

d= м 

По таблице [1] принимается обычный диаметр dст=0,175 м

2. Для выбранного  обычного диаметра уточняем скорость  в трубопроводе - фактическая скорость Vф=0,883 м/с

3. Определяются  утраты напора по длине по  формуле Дарси-Вейсбаха 

(22)

l=lнап - длина  трубы, отводящей фильтрат, т.е.  расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, принимается в курсовой работе равной 200м

g=9,8 м/с2 -ускорение  вольного падения ,

l - коэффициент  гидравлического трения ( коэффициент  Дарси), по формуле Артшуля

(23)

где Кэ-эквивалентная  умеренно зернистая шероховатость , для неновых труб Кэ=1,4 мм,

Rе- число Рейнольдса

(24)

где н- коэффициент  кинематической вязкости , зависит  от температуры воды

н (t=200C) = 0,0101 см2/с=0,00000101 м2/с

л=0,03335

4. Строится пьезометрическая  линия р-р (набросок 5), для что назначается величина вольного напора Нсв=5ё10м (Из опыта строительного производства - так называемый запас).

Нсв=5 м 

Всасывающая линия

Всасывающую линию  рассчитываем как маленькую трубу, т.е. учитываем и местные , и линейные утраты. Утраты напора в местных сопротивлениях рассчитываются по формуле Вейсбаха :

(25)

где xj - коэффициент  утрат в местных сопротивлениях :

для сетки с  клапаном xcкл=10 ;

для плавного поворота на 900 xпов=0,55;

h j cкл= 0,3978 м ;

h j пов=0,02188 м  ;

м.

Линейные утраты определяются как сумма линейных утрат в горизонтальной и вертикальной части всасывающей полосы по формуле Дарси-Вейсбаха :

а) рассчитывается раздельно для вертикального  участка

где - lв = hнаc - длина  вертикального участка, определяется из геометрии расчетной схемы 

lв =Hk+(B+L)i+0,7+0,5=6,725 м

б) рассчитывается раздельно для горизонтального  участка :

где - lг - определяется из геометрии расчетной схемы (длина  наклонного участка и расстояние от бровки до оси насоса, и половина ширины зумпфа на запас )

lг=15+0,5+0,5*1,8=16,4 м

м

Сумма всех утрат  на всасывающей полосы hf :

hf=hj+hl=0,175+0,42=0,595 м

Строится напорная Е-Е и пьезометрическая р-р полосы (рис.5).

4.2 Подбор марки насоса

Насос назначается  из 3-х черт:

- производительность Qнас

- напор Н

- вакуум Нвак

Qнас=1,5 Qпр=1,50,021288=0,0311 м3/с =112 м3/час;

Н= Нман+;

Нман=hlнап+Hсв

Нман=1,516+5=6,516 м ;

=6,725 м ;

H=6,516+6,725=13,241 м  .

Фактический вакуум определяется при помощи уравнения  Бернулли:

(26)

Для плоскости  сопоставления 0-0 и выбранных сечений I-I и II-II будем иметь:

=0;

;

;

;

;

;

.

Уравнение преобразуется  в последующий вид:

где hf= 0,595 м ;

=6,725 м ;

Характеристики  насоса 6К-12:

- подача Q =160 м3/час;

- напор H=20,1 м;

- вакуум Hвак=7,9 м;

- мощность мотора N=28 кВт.

5 Расчет ливневого  коллектора

Назначение ливневого  коллектора: ливневой коллектор служит для транспортировки отводящихся  вод в очистные сооружения.

Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля.

Гидравлический  расчет в критериях безнапорного равномерного движения выполняется по формуле Шези:

Формула расхода:

При расчёте  канализационного коллектора употребляется  способ расчёта по модулю расхода[12] , для этого нужно найти расходы  и скорости для разных степеней заполнения коллектора а=h/d, как некой части от расхода и скорости, соответственной его полному заполнению.

(27)

(28)

где - В и А  коэффициенты зависящие от формы  поперечного профиля и степени  заполнения канала(a), определяются по графику «Рыбка» [1];

- Wп и Kп  модули скорости и расхода  при полном наполнении коллектора [1,5]

- Q - подача насоса.

Расчет выполняется  с учетом неких замечаний:

- в практике  строительного производства традиционно  принимают степень заполнения  равную а=0,5-0,7;

- коэффициент  шероховатости канализационных  труб n принимают равным n=0,011-0,014, принимаем n=0,013;

- уклон коллектора  принимается в пределах i=0,001-0,005.

1. С графика  «Рыбка» [1] снимается значение  А для данной степени заполнения  а=0,6

А=0,6

2. Определяется  модуль расхода :

где i=0,005.

м3/с

3.Из таблицы  [1] подбираются по высчитанному модулю расхода Кп и коэффициенту шероховатости n=0,013 ближний диаметр d=300мм и соответствующие табличные данные КТ=0,971м3/с и WnТ=13,75м/с.

4.Уточняется  истинное значение заполнения  коллектора, соответственное принятым  модулю расхода и модулю скорости:

5.По графику  «Рыбка» для вычисленного значения  А=0,65 определяется степень заполнения  аф=0,57 , этому заполнению соответствует  В=1,07

6.Глубина равномерного  движения находится из формулы  :

;

;

.

7. Скорость движения  определяется по формуле:

;

м/с.

Список  использованных источников 1. Абрамов С.К. Найфельд Л.Р. Скричелло О.Б. Мелкие камешки промышленных площадок и городских территорий.- М.: Гос. Издательство литературы по строительству и архитектуре , 1954 2. Грацианский М.Н. Инженерная мелиорация . М.: Издательство литературы по строительству , 1965 3. Калицун В.И. и др. Гидравлика ,водоснабжение и канализация -М.: Стройиздат,1980 4. Козин В. Н. Расчет каналов имеющих замкнутый поперечный профиль в критериях безнапорного течения. - Горьковатый.: ГИСИ, 1984. 5. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. - Л.: Стройиздат, 1986. 6. Насосы различные: Строительный каталог. Ч.10. Санитарно-техническое оборудование. Приборы и автоматические устройства. М.: ГПИ Сантехпроект,1984 7. Прозоров И.В. и др. Гидравлика , водоснабжение и канализация .М.: Высшая школа , 1990 8. СНиП 2.01.01.-82 «Строительная климатология и геофизика» 9. СниП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» 10. Справочник монтажника. Установка систем наружного водоснабжения и канализации./Под ред. А. К. Перешивкина. - М.: Стройиздат, 1978. 11. Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П.Г.Киселева .М.: Энергия , 1972 12. Справочник проектировщика /Под ред. И.Г. Староверова//Внутренние санитарно-технические устройства Ч.1.- М.: Стройиздат 13. Чугаев Р.Р Гидравлика.-Л.:Энергия ,1982 14. Штеренлихт Д.В. Гидравлика .- М.: Энергоатомиздат,1984