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

Санкт-Петербургский государственный


 Архитектурно-строительный  Университет

 

 

 

Кафедра геотехники

 

 

 

Дисциплина: инженерная геология

 

 

 

 

 

Курсовая  работа:

 

«Оценка гидрогеологических условий

на  площадке строительства

и прогноз  развития неблагоприятных процессов

при водопонижении»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                  Выполнил: студент гр.1П-3

                                                                                                           Киселёв А.О.

                                                                                                           Преподаватель:

                                                                                                           Челнокова В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              Санкт-Петербург

2012

 

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 II-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 деформациям сооружений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Карта фактического материала, содержащая сведения

о рельефе и размещении разведочных скважин (рис. 1)

 

Участок 4

 

Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам

 

Таблица 1

 

Номер скважины и абсолютная отметка устья

Номер слоя

Индекс слоя

Полевое описание пород

Отметка подошвы слоя, м

Отметка уровней подземных  вод

24

15,1

1

 

2

 

3

 

4

 

5

p IV

 

ml IV

 

lg III

 

g III

 

gIII

Торф

 

См. табл.2

 

Суглинок ленточный, текучий

 

Песок крупный, плотный, водонасыщенный

Суглинок с гравием, твердый.

14,2

 

10,5

 

6,2

 

5,1

 

3,1

14,0

14,0

 

 

 

 

6,2

13,5

29

15,6

 

1

 

 

2

 

3

 

4

 

ml III

 

 

lg III

 

g III

 

g III

 

Песок средней крупности, средней плотности, с глубины 0,6м, водонасыщенный

Суглинок слоистый, мягкопластичный

 

Песок гравелистый, плотный, водо-насыщенный

Супесь с гравием, пластичная

 

12,0

 

9,0

 

7,2

 

5,6

15,0

15,0

30

15,7

1

 

2

 

3

ml IV

 

lg III

 

g III

 

Супесь пылеватая, пластичная

 

Суглинок слоистый, мягкопластичный

 

Супесь с гравием, пластичная

12,5

 

9,5

 

5,7

 

13,9

14,1


 

Сведения  о гранулометрическом составе грунта

первого водоносного  слоя

 

Таблица 2

 

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


 

 

 

Сведения  о физико-механических свойствах  грунтов

 

Таблица 3

 

Грунт

Индекс

слоя

Плотность, т/м3

Число пластичности Ip, д. ед.

Показатели пористости, д. ед.

Модуль деформации Е, МПа

Содержание ОВ*, %

ρS

ρ

n

e

Песок крупный

ml IV

2,66

1,65

-

0,42

0,68

35

-

Песок средней крупности

ml IV

2,65

1,65

-

0,40

0,66

25-35

-

Супесь пылеватая заторфованная

ml IV

2,15

1.72

0,07

0,77

3,44

4-10

35

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

-

Суглинок с гравием, галькой

g III

2,70

2,15

0,14

0,31

0,45

20-30

-

Торф верховой слаборазложившийся

p IV

1.50

0.90

-

0.91

18

0.8

90


 

*ОВ - органическое вещество

 

 

 

 

 

 

    1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

 

 

Скважины вскрывают 4 слоя:

 

I слой. Озерно-морские отложения ml IV – песок пылеватый в районе скважины 24 ближе к скважине 29 переходит в песок средней крупности, после чего ближе к скважине 30 переходит в супесь пылеватую, пластичную. Эти четвертичные отложения являются первым водоносным слоем - грунтовые воды. Средняя мощность слоя, в среднем, составляет 3,8м.

 

II слой. Озерно-ледниковые отложения lg III – суглинок ленточный, текучий в районе скважины 29 переходит в суглинок пластичный, мягкопластичный. Средняя мощность слоя 3,4м. Эти породы являются первым водоупорным слоем.

 

III слой. Ледниковые отложения g III – песок крупный, плотный, водонасыщенный в районе скважины 29 переходит в песок гравелистый, плотный,водонасыщенный. Второй водоносный слой. Мощность слоя 1,4м.

 

 

IV слой. Ледниковые отложения g III – суглинок с гравием, твёрдый, в районе скважины 29 переходит в супесь с гравием, пластичную. Второй водоупорный слой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение  суммарной кривой гранулометрического  состава

грунта  первого слоя скважины 24

 

Результаты гранулометрического  анализа

Таблица 4

 

Диаметры частиц, мм

>10

10-2

2-0,5

0,5-0,25

0,25-0,1

0,1-0,05

0,05-0,01

0,01-0,005

<0,005

Содержание фракций, %

9

6

5

10

17

24

21

6

2


 

Вспомогательная таблица полных остатков

Таблица 5

 

Диаметры частиц, мм

>10

<10

<2

0,5

<0,25

<0,1

0,05

<0,01

<0,005

Сумма фракций, %

 

100

91

85

80

70

53

29

8

2


 

Согласно классификации дисперсных грунтов по ГОСТ 25100-95.

 Грунты, табл. 2.3 [с. 30], определим наименование неизвестного слоя – песок пылеватый.

 

 

Характеристики  грунта:

 

  1. Действующий диаметр:  ;

контролирующий диаметр:  .

 

  1. Степень неоднородности по ГОСТ: 

 –неоднородный песок

  1. Суффозионная устойчивость:

 - суффозионно-неустойчивый песок.

 

  1. Ориентировочное значение коэффициента фильтрации.

 

, - значение коэффициента фильтрации необходимо принять по таблице средних значений высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации радиуса влияния при водопонижении в безнапорном слое:

 

Таблица 6

 

Грунт (порода)

Коэффициента фильтрации k, м/сут

Радиус влияния R, м

Высота капиллярного поднятия hk, м

 

Супесь

1-3

20-40

0,4-1,5


 

Значение коэффициента фильтрации: .

  1. Высота капиллярного поднятия:

.

Выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)

в пределах пробуренной толщи

 

№ ИГЭ

индекс

грунт

е

IL

1

p IV

Торф

-

-

2

ml IV

Супесь пылеватая, пластичная

-

0-1

3

ml III

Песок средней крупности, рыхлый

>0,7

-

4

ml IV

Песок пылеватый

<0,6

-

5

lg III

Суглинок ленточный, текучий

-

>1

6

lg III

Суглинок слоистый, мягкопластичный

-

0,5-0,75

7

g III

Песок крупный, плотный, водонасыщенный

<0,55

-

8

g III

Суглинок с гравием, твердый

-

<0

9

g III

Песок гравелистый, плотный

<0,55

-

10

g III

Супесь с гравием, пластичная

-

0-1


 

Категории сложности инженерно-геологических  условий:

 

  1. Геологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой:  не более четырех различных по литологии слоев; значительная степень неоднородности по показателям свойств грунтов, изменяющихся в плане или по глубине.

 

    1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

 

По геолого-литологическому  разрезу видно, что имеется два водоносных слоя.

 

Первый водоносный слой представлен  озерно-морскими отложениями ml IV - супесью пылеватой, пластичной, с растительными остатками, торфом и насыпным слоем. Средняя мощность слоя составляет 3м. Водоупорным слоем является слой озерно-ледниковых отложений  lg III – суглинок слоистый, мягкопластичный.

 

Второй водоносный слой представлен ледниковыми отложениями g III – песок гравелистый, средней плотности и озерно-морских отложений  g III –супесь с гравием, пластичная. Величина напора . Водоупорным слоем является слой ледниковых отложений  g III - суглинок с гравием, полутвердый и супесь с гравием, пластичная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Карта гидроизогипс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вид грунтового потока – плоский.

 

Величина гидравлического  градиента:

, где  - перепад отметок в соседних точках (м);

- расстояние между этими точками.

,

.

Скорость грунтового потока:

    • кажущаяся:   ,

.

    • действительная:   ,

где - пористость водовмещающих пород в д. ед.

,

.

 

 

 

Химический состав подземных вод

 

Данные химического  анализа грунтовых вод

Таблица 7

 

Номер скважины

Ca

Mg

Na

SO4

Cl

HCO3

CO2св

pH

мг/л

 

24

36

32

30

22

6

305

90

7,1

Экв. масса

20

12

23

48

35

61

-

-


Выражение результатов  анализа в различных формах

Таблица 8

 

Ионы

Содержание, мг/л

Эквивалентное содержание

Эквивалентная масса

мгּэкв

(%-экв)

Na2+

Катионы       Mg2+

Ca2+

30

32

36

1,3

2,67

1,8

22,5

46,3

31,2

23,0

12,0

20,0

Сумма катионов

98

5,77

100%

-

Cl-

Анионы      SO42-

HCO3-

6

22

305

0,17

0,46

5

3

8,2

88,8

35,0

48,0

61,0

Сумма анионов

333

5,63

100%

-

ОБЩАЯ СУММА

431

11,4

-

-


 

Результаты  химического анализа грунтовых  вод

 

Химическая формула воды в виде псевдодроби:

.

          Вода  является гидрокарбонатномагниевая.

Оценка минерализации воды: содержание минеральных веществ менее 1г/л – вода пресная.

Оценка качества воды по отношению к бетону

 

Предварительная оценка агрессивности  подземной воды к бетону производится по таблице 9, где приведены значения показателей, при которых вода является неагрессивной средой:

Таблица 9

 

Показатель  агрессивности среды (воды)

Для сильно- и среднефильтрующих грунтов k

0,1м/сут

Бикарбонатная щелочность HCO3-, мг/л

85,4

Водородный  показатель pH

6,5

Содержание  магнезиальных солей в пересчете  на ионы Mg2+, мг/л

1000

Содержание  едких щелочей в пересчете  на ионы K+ и Na+, г/л

50 (для напорных сооружений)

Содержание  сульфатов в пересчете на ионы SO42-, мг/л

250


 

В соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» вода по всем параметрам является неагрессивной по отношению к бетону.

 

 

Категории сложности инженерно-геологических  условий:

 

  1. Гидрогеологические факторы в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой - Два  и более выдержанных горизонтов подземных вод, местами с неоднородным химическим составом и обладающих напором и содержащих загрязнение. Средней сложности;

 

  1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ

 

Строительное водопонижение применяется  для снижения уровня грунтовых вод и величины избыточного напора межпластовых.

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схемы водопритока к  выемкам (рис. 6):

а – котлован, совершенный;

б – траншея, несовершенны

 

  1. Тип выемки:

котлован – совершенный, дно врезается в водоупор;

траншея – несовершенная, дно не доходит до водоупора.

Характер потока, формирующегося в процессе водопонижения вокруг выемки: соотношение сторон (l – длина выемки, b – ширина выемки):

    • котлован -   < 10 (короткий котлован) – радиальный поток;
    • траншея - > 10 – плоский поток.

 

 

 

 

  1. Расчетная схема притоков воды в безнапорном горизонте:

котлован - , где:

 

Q - приток воды (дебит), м3/сут;

k - коэффициент фильтрации грунта водоносного слоя, м/сут;

h 1 - мощность при статическом уровне (до водопонижения), м;

h 2 - мощность при динамическом уровне (после водопонижения), м;

Rk - радиус влияния котлована;

r0 - приведенный радиус котлована, м, равный , где А - площадь котлована;

траншея - , где:

hkw - высота столба воды в выемке, м;

R - радиус влияния водопонижения, м;

l – длина выемки.

 

  1. Величина водопонижения задается в зависимости от решаемых задач:
    • дно котлована должно быть сухим - в совершенном котловане откачивается весь столб воды: ;
    • для дренажной несовершенной траншеи: .

 

  1. Приведенный радиус «большого колодца»:

.

Радиус влияния «большого колодца»:

.

 

  1. Радиус влияния водопонижения: R=20м

 

Значения радиусов влияния водопонижения  заниженные.

Для котлована  .

 

 

  1. Величина водопритока:

котлован - ,

траншея - .

 

 

 

  • ПРОГНОЗ ПРОЦЕССОВ В ГРУНТОВОЙ ТОЛЩЕ, СВЯЗАННЫХ

С ПОНИЖЕНИЕМ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ  ВОД

 

Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока - механическая суффозия. В несовершенных выемках под их дном возникает восходящий поток, который разрыхляет («разжижает») грунт — фильтрационный выпор. Глубинное водопонижение с помощью иглофильтров уплотняет грунт вокруг котлована и под его дном, вызывая оседание поверхности.

 

  1. Механическая суффозия в откосах выемки.

 

Наиболее полно возможность развития суффозии можно определить по графику В. С. Истоминой

 

 

Величина гидравлического градиента  при водопонижении в котловане:

,

где:  - разность напоров (отметок) водоносного слоя, м;

- путь фильтрации, равный радиусу влияния, м;

 - коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

 

, .

 

Точка попадает во вторую область графика – область безопасных градиентов. Суффозионный вынос не возможен.

 

  1. Фильтрационный выпор в дне выемки.

 

Невозможен, т.к котлован совершенный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Оседание поверхности земли.

 

Схема оседания поверхности земли при водопонижении

 

A – зона аэрации до водопонижения,

B - зона полного водопонижения,

C – зона «осушенного» грунта

 

 

Предварительный расчет осадки территории:

,

где:  ; - удельный вес грунта, кН/м3; - удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод, кН/м3; ; - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3; - удельный вес воды, кН/м3; - пористость, д. ед.; - величина водопонижения, м; - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, МПа.

 

,

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

  • ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПОРНЫХ ВОД НА ДНО КОТЛОВАНОВ И ТРАНШЕЙ

 

 

Схема воздействия напорных вод  на дно котлована

 

 

,

,

где:  - высота столба воды, м;

- мощность водоупора, м;

- удельный вес грунта, кН/м3.

 

- прорыв напорных вод в котлован, следовательно необходимо применить глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин.

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Участок 4 представляет собой наклонную местность.

Проанализировав геолого-литологический разрез и состав выемок буровых скважин можно сделать следующие выводы:

    1. количество водоносных горизонтов – 2;
    2. по условиям залегания присутствуют грунтовые и межпластовые воды;
    3. водовмещающие слои: пески гравелистые, супеси, торф и насыпной слой;
    4. водоупорные слои: суглинки;
    5. Величина напорного Низб для напорного водоносного горизонта равна 7,3м.

 

Внешних источников питания грунтовые  воды не имеют. По данным химического  анализа вода пресная.  По отношению к бетону - является неагрессивной средой.

Категория сложности участка по:

 

             -геологическим факторам                 - средней сложности

             -геоморфологическим условиям      - средней сложности

             -гидрогеологическим факторам       - средней сложности

 

У скважины № 24 имеется напорный водоносный горизонт, дно котлована неустойчиво к воздействию напорных вод.

Можно сделать вывод, что данный участок пригоден для строительства зданий, сооружений и прокладки инженерных сетей.



Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении 📙 Реферат → 🆔 190041

Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении 📙 Реферат → 🆔 190041