Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении. 2

Размещено на http://www.allbest.ru/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

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

 

 

Введение

 

На строительных площадках  многие трудности связаны с подземными водами: затопление котлованов (траншей), 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. Поэтому оценка гидрогеологических условий является важнейшей составной частью инженерно-геологических изысканий (инженерно-геологические изыскания входят в состав «Инженерных изысканий для строительства» СНиП 11–02–96), на основе которых ведется проектирование оснований и фундаментов).

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

 

1.1 Карта фактического материала

 

Масштаб 1:2000

 

Условные обозначения

 буровая скважина, абсолютная  отметка устья

 изогипса с абсолютной отметкой

 

1.2 Геолого-литологические колонки опорных скважин

 

Скважина №52

Н = 18,9 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м		Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод  с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	15,5	0	3,4	3,4		Супесь пылеватая, пластичная	17,0	17,2
g III	14,0	З, 4	4,9	1,5		Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный
D1	12,5	4,9	6,4	1,5		Глина красная, полутвердая
O1	10,9	6,4	8,0	1,6		Известняк трещиноватый

 

 

Скважина №53

Н = 19,7 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м		Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод  с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	16,5	0	3,2	3,2		Неизвестный слой	18,4     12,5	18,6     17,5
gIII	15,2	З, 2	4,5	1,3		Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный
O1	11,7	4,5	8,0	3,5		Известняк трещиноватый

 

 

Скважина №54

Н = 20,0 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м		Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод  с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	16,0	0	4,0	4,0		Песок средней крупности, средней  плотности, с глубины 0,8 м, водонасыщенный	19,0	19,2
gIII	14,0	4,0	6,0	2,0		Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный
O1	12,5	6,0	7,5	1,5		Известняк трещиноватый

 

 

 

1.3 Результаты гранулометрического анализа грунтов первого водоносного слоя

 

Номер участка	Номер скважины	Галька >100	Гравий 10–2	Песчаные				Пылеватые		Глинистые
				2–0,5	0,5–0,25	0,25–0,1	0,1–0,05	0,05–0,01	0,01–0,005
7	53	-	1	33	39	17	7	3	-	-

 

1.4 Результаты  химического анализа грунтовых  вод

 

Номер скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2CB	pH
	мг/л
53	50	21	41	195	54	55	69	6,0

 

1.5 Сведения  о физико-механических свойствах грунтов

геологический опорный скважина водопонижение

Грунт	Индекс слоя	Плотность, т/м3		Число пластичности IP, д. ед.	Показатели пористости, д. ед.		Модуль де – формации Е, МПа	Содержание ОВ*, %	Степень разложения торфа D, %
		ρs	ρ		n	e
Песок средней крупности	ml IV	2,65	1,65	-	0,40	0,66	23–35	-	-
Супесь пылеватая с  растительными остатками	ml IV	2,62	1,85	0,06	0,60	1,50	7–15	7,5	-
Суглинок с гравием, галькой	gIII	2,70	2,15	0,14	0,31	0,45	20–30	-	-

ОВ* – органическое вещество

 

Плотность грунта ρ, т/м³ – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами.

Плотность минеральной  части грунта ρ_s, т/м³ – отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор.

Число пластичности I_p, д. ед. – разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. W_L и W_p определяют по ГОСТ 5180.

Показатель  пористости n, д. ед. – отношение объема пор к полному объему образца грунта.

Показатель  пористости е, д. ед. – отношение объема пор в образце грунта к объему, занимаемому его твердыми частицами – скелетом.

Модуль общей  деформации Е, МПа – характеристика деформируемости грунта.

Степень разложения торфа D, % – характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650.

 

 

2. Аналитический блок

 

2.1 Характеристика  рельефа площадки

 

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент пологоволнистой равнины в пределах абсолютных отметок от 18,1 до 20,0 м.

 

2.2 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 средней крупности. 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	99	66	27	10	3	0	0

 

Суммарная кривая гранулометрического  состава

 
Определение действующего (d₁₀) и контролирующего (d₆₀) диаметров:

d₁₀ = 0,1 мм

d₆₀ = 0,45 мм

Результаты гранулометрического  анализа позволяют определить степень  неоднородности грунта и некоторые  его водные свойства – суффозионную устойчивость, коэффициент фильтрации, высоту капиллярного поднятия.

Степень неоднородности грунта:

 

 

Так как  , то грунт неизвестного слоя – это песок средней крупности неоднородный, суффозионно устойчивый.

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

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

Радиус влияния R = 75 м

Высота капиллярного поднятия h_k = 0,25 м

 

Определим ориентировочное  значение высоты капиллярного поднятия h_k (см):

е = 0,66 д.ед. – коэффициент  пористости

С = 0,1 – эмпирический коэффициент

 

 

2.3 Геологическое строение площадки и выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)

 

Выделение ИГЭ

№	Индекс	Наименование грунта	Показатель пористости е, д.ед.	Число пластичности IP, д.ед.	Показатель текучести IL
1.	ml IV	Супесь пылеватая, пластичная	1,50	0,06	0–1
2.	ml IV	Песок средней крупности, средней плотности	0,55–0,7	-	-
3.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	0,45	0,07–0,17	0,25–0,50
4.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный	0,45	0,07–0,17	0,50–0,75
5.	D1	Глина красная, полутведая	-	>0,17	0–0,25
6.	O1	Известняк трещиноватый	-	-	-

 

Глубина залегания коренных пород:

D₁ – глина красная, полутвердая. Залегает в пределах абсолютных отметок 12,5 – 14,0 м скважины №52. Уклон кровли i = 0,02.

O₁ – известняк трещиноватый. Залегает ниже абсолютной отметки 12,5 м скважины №52, ниже отметки 15,2 м скважины №53, ниже отметки 14,0 м скважины №54. Уклоны кровли i = 0,05 и i = 0,019.

По СП 11–105–97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).

Имеется не более четырех различных  по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием (D₁). Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты (известняк трещиноватый) имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

 

2.4 Гидрогеологическое строение площадки

 

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.

Первый от поверхности горизонт грунтовых вод залегает на глубинах от 1,0 м (скважина №54) до 1,9 м (скважина №52). Водовмещающими породами являются супесь пылеватая, пластичная и песок средней крупности, водоупором служит суглинок с гравием, галькой, мощность горизонта колеблется от 3,2 (скважина №53) до 4,0 м (скважина №54).

Водопроницаемость характеризуется  коэффициентом фильтрации от 10 до 30 м/сутки.

Второй горизонт напорных межпластовых (артезианских) вод вскрыт в скважине №53. Водоносный слой залегает на глубинах от 4,5 (скважина №53) до 6,4 м (скажина №52). Водовмещающей породой является известняк трещиноватый, верхний водоупор – суглинок с гравием, галькой и глина красная, полутвердая, величина избыточного напора 3,0 м.

По карте гидроизогипс направление потока – с ю-в на с-з, в западной части участка поток плоский, при движении на восток характер потока меняется на радиальный (расходящийся).

Величина гидравлического  градиента:

 

Скважины №53–52

Скважины №53–50

Скважины №53–48

 

Скорость грунтового потока (кажущаяся):

Примем коэффициент  фильтрации k = 20 м/сут.

 

 

Скорость грунтового потока (действительная):

 

,

 

где n = 0,4 д. ед. – пористость водовмещающих пород (песок средней крупности).

 

2.5 Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды по отношению к бетону

 

Выражение результатов  анализа в различных формах

Ионы		Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса
			мг·экв	(%-экв)
Катионы	Na+ Mg2+ Ca2+	41 21 50	1,78 1,75 2,5	30 29 41	23,0 12,0 20,0
Сумма катионов		112	6,03	100%	-
Анионы	Cl- SO42- HCO3-	54 195 55	1,54 4,06 0,9	24 62 14	35,0 48,0 61,0
Сумма анионов		304	6,5	100%	-
Общая сумма		416	12,53

 

Химическая формула  воды

 

˚

 

Вода пресная, сульфато-кальциево-натриево-магниевая, агрессивная по водородному показателю и бикарбонатной щелочности (по данным таблицы).

 

Оценка качества воды по отношению к бетону

Показатель агрессивности  среды (воды)	Для сильно- и средне фильтрующихся  грунтов К ≥ 0,1 м/сут	Для слабофильтрующихся грунтов К ≤ 0,1 м/сут
Бикарбонатная щелочность HCO3-, мг/л	> 85,4	Не нормируется
Водородный показатель рН	> 6,5	> 5
Содержание магнезиальных  солей в пересчете Mg2+-, мг/л	≤ 1000	≤ 2000
Содержание едких щелочей  в пересчете на ионы К+ и Na+, мг/л	≤ 50 (для напорных сооружений)	≤ 80
Содержание сульфатов  в пересчете на ионы SO42-, мг/л	< 250	< 300

 

В качестве методов защиты сооружений от коррозии рекомендуется  использовать пуццолановый цемент.

По СП 11–105–97 по гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности.

Имеется два выдержанных  горизонта подземных вод, обладающих напором и содержащих загрязнение.

 

 

3. Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении

 

3.1 Расчет притока  воды к совершенным выработкам (котлован)

 

Исходные данные:

Скважина №53

Глубина котлована h_к = 3 м

Размеры котлована 20 х 20 м

Тип выемки – несовершенный (дно котлована не доходит до водоупора)

Характер потока вокруг выемки – радиальный

Глубина залегания грунтовых  вод d = 1,1 м

WL – поверхность водоносного  горизонта;

NL – природная поверхность;

DL – отметка дна  траншеи;

BL – отметка поверхности  водоупорного слоя;

AL – нижняя граница  активной зоны;

 

Схема водопритока к  котловану

 

(м)

(м)

(м); где 3,0 м – глубина котлована.

(м)

(м)

(м) (1,5*1,9>2,75>1,9+0,25+0,5)

(м)

(м)

(м)

 

H₁ – мощность водоносного горизонта (H₁ = S = 2,75 м)

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

R – радиус влияния водопонижения, м

 

м.

 

R_табл = 75 м

r₀ – приведенный радиус «большого колодца», м

 

м.

 

 – радиус влияния «большого колодца», м

 

 м

 м

 

Расчет притока воды:

 

 

3.2 Расчёт притока воды к несовершенным выработкам (траншея)

 

Исходные данные:

Скважина №54

Глубина траншеи h_тр = 4 м

Длина траншеи l = 150 м

Тип выемки – совершенный (дно траншеи врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки – плоский

Глубина залегания грунтовых  вод d = 0,8 м

WL – поверхность водоносного  горизонта;

NL – природная поверхность;

DL – отметка дна  траншеи;

BL – отметка поверхности  водоупорного слоя;

 

Схема водопритока к  траншеи

 

(м)

(м)

(м); где 4 м – глубина траншеи.

(м)

(м)

(м)

 

h = 2,3 м

Водопонижение S = 2, 0 м

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

R – радиус влияния водопонижения, м

 

R_табл = 75 м

R_нач = м

 

Расчет притока воды:

 

 

 

4. Прогноз последствий водопонижения

 

4.1 Прогноз  суффозионного выноса

 

Степень неоднородности грунта (песок средней крупности  неоднородный, суффозионно устойчивый)

Величина гидравлического  градиента i при водопонижении

в котловане

 

 

в траншее

 

 

где S – разность напоров (отметок) водоносного лоя, м;

R = l – путь фильтрации, равный радиусу влияния, м (максимальное значение);

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

 

 

 

Полученные точки попадают в  область графика II – область безопасных градиентов – следовательно суффозионного выноса нет.

 

4.2 Фильтрационный  выпор в дне выемки

Так как величина градиента i ≤ 1, то фильтрационного выпора нет.

 

4.3 Прогноз  оседания земной поверхности при снижении уровня грунтовых вод (для котлована)

 

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

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле

 

,

 

где кН/м³

= 16,5 кН/м³ – удельный вес грунта,

 – удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м³

 кН/м³

= 26,5 кН/м³ – удельный вес твердых частиц грунта,

= 10 кН/м³ – удельный вес воды,

n = 0,4 д.ед. – пористость

= 2,75 м – величина водопонижения,

Е = 25000–35000 кПа – модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Тогда:

 

 

Осадки грунта практически  нет.

 

 

4.4 Прогноз  воздействия напорных вод на  дно траншеи

 

В случае, когда на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить  устойчивость грунта. Возможны три варианта:

 – дно выработки устойчиво;

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

 – прорыв напорных вод в котлован.

 

кПа

кПа

 

P_изб = 49кПа < P_гр =31 кПа следовательно дно выемки не устойчиво.

 

 

 

 

Заключение

 

По СП 11–105–97 сделаем вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

По геоморфологическим условиям площадка относится к I (простой) категории сложности, так как находится в пределах оного геоморфологического элемента.

По геологическим условиям в сфере взаимодействия здания и  сооружения с геологической средой участок имеет II (средняя сложность) категории сложности, так как имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием (D₁). Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты (известняк трещиноватый) имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.