Оценка гидрологических условий площадки строительства. 2

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет"

 

Общестроительный факультет

 

Курсовая работа

По учебной дисциплине "Геология"

На тему «Оценка гидрологических условий площадки строительства»

 

 

                                                                                 Выполнил

          студент группы 9-С-2

                                                                                 Григорьев В.В.

Руководитель

Кандидат геолого-минералогических наук  доцент

Кислицын Л.В.

 

 

 

 

     Санкт- Петербург

2015

 

 

Содержание

Введение...........................................................................................................................................3

1. Исходные данные............................................................................................................4

1.1. Карта фактического  материала................................................................................................4

1.2. Геолого-литологические  колонки опорных скважин........................................................5-6

1.3. Геолого-литологический разрез  ……….................................................................................7

 

         2.Геологические условия......................................................................................................7

2.1. Оценка рельефа на основе анализа плана участка горизонталях..........................................7

2.2. Гранулометрический состав......................................................................................................7

2.3. Гидрогеологическое строение площадки.................................................................................8

2.4. Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды

      по отношению  к бетону...............................................................................................................9

         3.   Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении......................11

3.1. Расчет притока воды к несовершенным выработкам (котлован,колодец) ..........................11

3.2. Расчёт притока воды  к совершенным выработкам (траншея)...............................................12

    

         4.   Прогноз последствий водопонижения..........................................................................13

4.1. Прогноз суффозионного  выноса...............................................................................................13

4.2. Фильтрационный выпор  в дне выемки....................................................................................14

4.3. Прогноз оседания земной поверхности при снижении уровня

       грунтовых  вод.............................................................................................................................15

4.4. Прогноз воздействия напорных вод на дно котлована...........................................................16

Заключение........................................................................................................................................17

Список использованной литературы...........................................................................................18

 

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. Карта фактического материала

 

Масштаб 1:2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1
Геолого-литологические сведения по разведочным скважинам
Номер скважины  и абсолютная  отметка устья, м	№ слоя	Индекс  слоя	Полевое описание пород	Отметка   подошвы слоя, м	Отметка уровней   подземных вод, м
23  13,8	1	tg IV	Насыпной слой	12,9	12,2/12,4
	2	p IV	Торф	12,1
	3	ml III	Песок пылеватый ,рыхлый, средней плотности, водонасыщенный	9,5
	4	g III	Cуглинок слоистый,текучий	5,8
	5	g III	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	1,8
24  15,1	1	p IV	Торф	14,2	14,0/14,2     6,2/13,5
	2	ml III	См.табл. 2	10,5
	3	lg III	Суглинок ленточный,текучий	6,2
	4	g III	Песок гравелистый, плотный, водоносыщенный	5,1
	5	g III	Суглинок с гравием твердый	3,1
26  15,6	1	ml III	Супесь пылеватая в верхней части затворная,пластичная	12,4	14,5/14,6
	2	lg III	Суглинок слоистый, мягкопластичный	8,1,
	3	g III	Песок крупный,плотный, водонасыщенный	5,4
	4	g III	Супесь с гравием, пластичная	4,1

 

 

 

 

 

 

2.1 Определение неизвестной  породы №2 для скважины № 24

 

Таблица 2.1.1 Классификация дисперсных грунтов по ГОСТ 25100-95. Грунты

 

Разновидность грунтов (несвязных)	Размер зерен, частиц,d, мм	Содержание зерен, частиц, % по массе
Крупнообломочные:    валунный (при преобладании неокатанных  частиц-глыбовый)    галечниковый (при  неокатанных гранях - щебенистый)    гравийный (при   неокатанных гранях - дресвяный)	>200     >10     >2	>50     >50     >50
Пески:    гравелистый    крупный     средней крупности    мелкий     пылеватый	>2 >0,50 >0,25 >0,10 >0,10	>25 >50 >50 ≥75 <75

 

Таблица 2.1.2. Результаты гранулометрического анализа грунтов 1го 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
4	24	9	6	5	10	17	24	21	6	2

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, для данного 1го слоя

Разновидность грунтов (несвязных)	Размер зерен, частиц,d, мм	Содержание зерен, частиц, % по массе
Крупнообломочные:    валунный (при преобладании неокатанных  частиц-глыбовый)    галечниковый (при  неокатанных гранях - щебенистый)    гравийный (при   неокатанных гранях - дресвяный)	>200     >10     >2	0>50-не соответствует     9>50-не соответствует     6>50-не соответствует
Пески:    гравелистый    крупный     средней крупности    мелкий   пылеватый	>2 >0,50   >0,25   >0,10   >0,10	0>25-не соответствует 5>50-не соответствует 15>50-не соответствует 32≥75-не соответствует 32<75-равенство верно

Следовательно, в соответствие с ГОСТ 25100-95 « Грунты» песок пылеватый.

Исходя из значений некоторых показателей физико-механических свойств грунтов для песка пылеватого: показатель пористости е=0,53 д.ед. В соответствие с таблицей показателей коэффициентов пористости, песок плотный.

Таблица 2.1.3 Коэффициенты пористости для песков

 

Разновидность песков	Коэффициент пористости е
	Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный	<0,55	<0,60	<0,60
Средней плотности	0,55-0,70	0,60-0,75	0,60-0,80
Рыхлый	>0,70	>0,75	>0,80

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

\

Грунт	Индекс слоя	Плотность, т/м3		Число пла-стичности IP, д. ед.	Показатели пористости,  д. ед.		Модуль де- формации Е, МПа	Содержа-ние ОВ*, %	Степень разложения торфа D, %
		ρs	ρ		n	e
Песок пылеватый	ml IV	2,65	1,8	-	0,35	0,53	9-12	-	-
Супесь пылеватая с раст. остатками	ml IV	2,62	1,85	0,06	0,60	1,50	7-15	7,5	-
Суглинок с гравием, галькой	g III	2,70	2,15	0,14	0,31	0,45	20-30	-	-
Супесь слоистая	lg III	2,68	2,05	0,03	0,38	0,60	8-21	-	-
Суглинок ленточный	lg III	2,72	1,92	0,16	0,55	0,90	6-12	-	-

 Сведения о физико-механических  свойствах грунтов

 

Таблица 4

 Результаты химического анализа  грунтовых вод

Номер скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2CB	pH
	мг/л
36	164	51	9	417	131	244	84	6,3

 

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

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

Число пластичности Ip, д. ед. - разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp. WL и Wp 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. Геологические условия

2.1. Оценка рельефа на основе анализа плана участка в горизонталях

 

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент пологого склона, спускающегося с В на З под углом 14о. Осложняющий элемент на западе – водоём. 

 

 

2.2. Гранулометрический состав

 

На основе результатов гранулометрического анализа (таблица в п. 1.2.) получили, что грунт первого слоя (по ГОСТ 25100-95) – это супесь пылеватая пластичная. 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	88	81	70	50	25	10	4

 

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

d10 = 0, 01 мм

d60 = 0, 16 мм

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

Степень неоднородности грунта:

 

=16>3, следовательно, песок неоднородный;

=16>>10, следовательно, песок не суффозионно-устойчивый.

 

Так как >10, то грунт неизвестного слоя  - это супесь пылеватая пластичная неоднородная, суффозионно неустойчивая.

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

Таблица 2.2.3. Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации радиуса влияния при водопонижении в безнапорном слое

 

Грунт (порода)	Коэффициент фильтрации k, (м/сут)	Радиус влияния R, м	Высота капиллярного поднятия , м
Пески пылеватые	1-3	20-40	0,4-1,5

 

 

4. Определение  значения высоты капиллярного  поднятия  (см):

= =1,9 см

Значение С для песков принимается равное 0,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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		Песок пылеватый, рыхлый, водонасыщенный		0,53	-			-
2	ml IV		Песок пылеватый, плотный		0,6<	-			-
3	ml IV		Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный		0,6-0,8	-			-
4	mIV		Супесь пылеватая, пластичная		-	0,01-0,07			0-1
5	gIII		Суглинок с гравием, твердый		0,45	0,14			-
6	gIII		Супесь слоистая, пластичная		0,6	0,03			0-1
7	g III		Песок крупный,плотный		<0,55	-			-
8	g III		Песок гравелистый, плотный, водоносыщенный		<0,55	-			-
9	lg III	Суглинок слоистый, мягкопластичный			0,9	>0,17			0,5-0,75
10	lg III	Суглинок ленточный,текучий			0,9	0,16		>1,00
11	p IV			Торф	18		-	-

 

 

 

 

 

По СП 1-195-97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).

Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно. Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Грунты имеют достаточно ровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Карта гидроизогипс

 

 

 

1) Вид потока: поток радиальный с постепенным отклонением к низу в связи с разной плотностью грунтов и, как следствие, усилением градиента к водоёму.

 

2) Величина гидравлического  градиента i

i=△H/L (L- расстояние между скважинами)

i(23-24)=0,9/80=0,011 (0,63 градуса)

i(24-25)=0,8/50=0,016 (0,92 градуса)

 

3) K=0,3 (коэффициент фильтрации грунта для супеси)

 

Кажущаяся скорость потока (V=k*i)

 

V(23-24)=0,3*0,011=0,0033 м/сут

V(24-25)=0,3*0,016=0,0048 м/сут

 

Действительная скорость потока ( Vд=V/ n, где n=0,6 – пористость водовмещающих пород в д.ед)

Vд(23-24)=0,0055 м/сут

Vд (24-25)=0,008 м/сут

 

 

 

 

2.4. 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+	30 32 36	1,3 2,53 1,76	24,03 42,88 33,09	23,00 12,16 20,04
Сумма катионов		98	5,59	100%	-
Анионы	Cl- SO42- HCO3-	22 6 305	0,62 0,12 5,00	10,9 2,09 87,12	35,46 48,03 61,01
Сумма анионов		333	5,74	100%	-
Общая сумма		431	11,3

 

Химическая формула воды

 

 

 

 

 

Вода бикарбонатно-кальциево-магниево-натриевая, пресная (содержание минеральных веществ меньше 1 г/л), неагрессивная среда по отношению к бетону в соответствие со СНиП 2.03.11-85.

 

 

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

 

 

Вода не подходит для бетона по водородному показателю и по содержанию сульфатов. Требуются добавки или специальные заполнители.

По СП 1-195-97 по гидрогеологическим факторам участок имеет I категорию сложности.

Имеется один выдержанный горизонт подземных вод, обладающих напором и содержащих загрязнение.

 

3.   Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении

3.1. Расчет притока воды к несовершенный выработке (котлован,колодец)

 

 

Исходные данные:

Скважина № 25

Глубина котлована hк = 2,2 м

Размеры колодца 6 х 6 м

 

Тип выемки – несовершенный (дно котлована не врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки – радиальный

 

Глубина залегания грунтовых вод d = 17,1 м

H – мощность водоносного горизонта (H =2,6м)

S – величина водопонижения (S=1,1м)

Коэффициент фильтрации k = 2 м/сут

 

R – радиус влияния водопонижения  Rтабл = 30 м

 

r0 – приведенный радиус «большого колодца», м

 

 

 

 

 

Расчет притока воды: