Министерство образования

Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра геотехники
Курсовая работа
Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении
Работу выполнила

студентка группы 7-П-III

Лавреева Е.В.

Работу принял

преподаватель

Челнокова В.А.
Санкт-Петербург

2009

Оглавление

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

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

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

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

1.3. Результаты гранулометрического анализа..............................................................................8

1.4. Результаты химического анализа грунтовых вод...................................................................8

1.5. Сведения о физико-механических свойствах грунтов...........................................................8

         2.   Аналитический блок.......................................................................................................9

2.1. Характеристика рельефа площадки.........................................................................................9

2.2. Определение и классификация пропущенных слоев.............................................................9

2.3. Геологическое строение площадки и выделение

       инженерно-геологических элементов (ИГЭ)........................................................................10

       (Приложение 1 – инженерно-геологический разрез)

2.4. Гидрогеологическое строение площадки..............................................................................11

       (Приложение 2 – карта гидроизогипс)

2.5. Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды

      по отношению к бетону............................................................................................................12

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

3.1. Расчет притока воды к совершенным

       выработкам (котлован или траншея).....................................................................................

3.2. Расчёт притока воды к несовершенным

       выработкам (котлован или траншея)...................................................................................

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

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

4.2. Прогноз оседания земной поверхности при снижении уровня

       грунтовых вод.........................................................................................................................

4.3. Прогноз воздействия напорных вод на дно котлована (траншеи).....................................

Заключение....................................................................................................................................

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


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.
(m-l)IV	15,5	0	3,4	3,4		Супесь пылеватая, пластичная	17,0	17,2
gIII	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.
(m-l)IV	16,5	0	3,2	3,2		Неизвестный слой
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.
(m-l)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

1.2.  Результаты гранулометрического анализа грунтов первого водоносного слоя

Номер участка	Номер скважины	Галька >100	Гравий 10-2	Песчаные				Пылеватые		Глинис-тые
				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

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, %
		ρ s	ρ		n	e
Песок средней крупности	(m-l)IV	2,65	1,65	-	0,40	0,66	23-35	-	-
Супесь пылеватая с растительными остатками	(m-l)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 полого-волнистой 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.	(m-l)IV	Супесь пылеватая, пластичная	1,50	0,06	0-1
2.	(m-l)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.