Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра геотехники
Факультет городского строительства и ЖКХ
Курсовая работа
Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении
Выполнил студент гр. ГС-2

Шелепо К.

Принял преподаватель

Зеленкова Н. И.
СПб

2008

Введение

Воды, находящиеся в верхней части земной коры называются подземные. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах называют гидрогеологией.

Подземные воды в верхней части земной коры образуются путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действие гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты. Так создаются горизонты подземных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов. В образовании подземных вод принимает также участие конденсация водяных паров, которые проникают в поры пород из атмосферы.

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, на основе которых ведется проектирование оснований и фундаментов.

Режим подземных вод изменяется как в процессе строительства, так и в период эксплуатации зданий и сооружений. Изменения могут иметь временный или постоянный характер.

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.

Любые нарушения гидрогеологических условий могут приводить к дополнительным осадкам грунтовой толщи и деформациями сооружений.

Геологические условия

На основе анализа участка можно сделать вывод, что колебания высот небольшое и составляет 0,8 м. (от 10,5 м до 11,3 м). Уклон поверхности между скважинами 64 и 68 составляет 1,2%, между скважинами 68 и 70 – 1%.

Исследуем скважины 64, 68 и 70. По их описаниям строим геолого-литологический разрез.

№ скважины и абсол. отметка устья	Номер слоя	Индекс слоя	Полевое описание пород	Отметка подошвы слоя	Отметка уровня подземных вод
64 11.2	1	ml IV	Песок крупный, средней плотности. с глубины 1,З м, водонасыщенный	9,2	9,7 9,9
	2	ml IV	Супесь с растительными остатками, пластичная	8,2
	3	lg III	Суглинок ленточный, текучий	5,2
	4	g III	Песок крупный, средней плотности, с гравием, водонасыщенный	3,2
	5	g III	Супесь с гравием, твердая	2,2
	6	Є	Глина голубая, полутвердая	1,2
68 10,5	1	ml IV	(определяем по расчету)	7,8	10,3 10,4 5,5 10,2
	2	lg III	Суглинок слоистый, мягкопластичный	5,5
	3	g III	Песок гравелистый, средней плотности, водонасыщенный	3,5
	4	Є	Глина голубая,тугопластичная	2,5
70 11,3	1	ml IV	Песок мелкий, средней плотности. с глубины 1,4 м, водонасыщенный	7,5	9,6 9,9
	2	lg III	Суглинок слоистый, мягкопластичный	6,0
	3	lg III	Супесь слоистая пластичная	5,3
	4	g III	Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный	4,1
	5	g III	Суглинок с гравием, полутвердый	2,3

Для грунта первого слоя скважины 68 выполним следующие расчеты и определим его наименование по ГОСТ.

Руководствуясь таблицей гранулометрического состава грунта:

Галька >100	Гравий 10-2	Песчаные				Пылеватые		Глинистые <0,005
		2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005
-	2	6	20	50	9	6	5	2

Определим по ГОСТ 25100-95 данный грунт – песок средней крупности.

Строим кривую гранулометрического состава, используя таблицу, приведенную ниже:

Диаметры частиц, мм	<10	<2	<0,5	<0,25	<0,1	<0,05	<0,01	<0,005
Сумма фракций,%	100	98	92	72	22	13	7	2

Используя кривую гранулометрического состава находим d₁₀=0,022 и d₆₀=0,2.

Степень неоднородности гранулометрического состава С_u= d₆₀ / d₁₀ =9,1

Следовательно грунт неоднороден, т.к. С_u > 3

Т.к. С_u > 5, следовательно значение коэффициента фильтрации k принимаем по таблице средних значений равным k=15м/сут

Высота капиллярного поднятия

h_k=C/(e* d₁₀)=0,3/(0,66*0,022)=20,66см,

где е-коэффициент пористости (для песка средней крупности е=0,66)

С – эмпирический коэффициент, принимаем равным 0,3

Определяем глубину залегания коренных пород и уклон кровли:

Глина голубая Є – в среднем залегает на 8 м от поверхности, уклон кровли составляет в среднем 1,9%.

Категория сложности инженерно-геологических условий (по СП 11-105-97):

По геоморфологическим условиям – простая категория сложности, т.к. площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента.

По геологическим условиям – сложная, т.к. более 4 по литологии слоев, есть линзовое залегание слоев.

Гидрологические условия

На основе анализа колонок буровых скважин, геолого-литологического разреза и карты гидроизогипс установим:

Количество водоносных слоев – 2

Подземные воды по условию залегания – грунтовые. Водоносные слои – пески различной крупности; водоупорный слой – суглинок.

Глубина залегания и мощность водоносных горизонтов: в среднем глубина залегания 10м, мощность в среднем 2 м.

На основе исходных данных построим карту гидроизогипс. По карте определим:

- направление потока – радиальный, сходящийся

- гидравлический градиент:

с максимальным перепадом уровней грунтовых вод i=0,033

с минимальным перепадом уровней грунтовых вод i=0,002

Скорость грунтового потока V=k*i

V_max=0,495

V_min=0,03

Действительная скорость V_д=V/n, где n – пористость водовмещающих пород в д. ед. (n принимаем равным 0,4 для песков средней крупности)

V_{д max}=1,237

V_{д min}=0,075

Используя таблицу результатов химического анализа воды определим химический состав подземных вод:

Ионы		Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса
			мг*экв/л	(%-экв)
катионы	Na+	118	5,13	68	23
	Mg2+	29	2,42	17	12
	Ca2+	26	1,30	15	20
Сумма катионов		173	8,85	100	-
анионы	Cl-	56	1,60	12	35
	SO42-	138	2,87	28	48
	HCO3-	295	4,84	60	61
Сумма анионов		489	9,31	100
Общая сумма		662	18,16

По общему содержанию солей М и преобладающим ионам, можно сделать вывод, что вода – пресная гидрокарбонат-натриевая.

При оценке воды по отношению к бетону можно сказать, что по всем показателям (за исключением количества содержания ионов натрия и калия, т.к. они содержатся в большом количестве) вода не будет являться агрессивной средой для бетона.

Категория сложности по гидрогеологическим условиям – средней сложности, т.к. имеются 2 горизонта подземных вод, возможно местами с неоднородным химическим составом, один из водоносных горизонтов обладает напором.

Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении.

По данным размер котлована: 30х30, глубина 3м., отношение длины и ширины котлована <10 следовательно котлован короткий. Из разреза видно, что дно котлована упирается в водоупор, значит котлован считаем совершенным. Величина водопонижения S=h₁ = 2,6м

Радиус влияния водопонижения R=2S(h*k)^1/2 =2*2,2(3*15) ^1/2 =30м

По таблице средних значений радиус влияния водопонижения R для песков средней крупности равен 70м.

Сравниваем эти два значения и для дальнейших расчетов притока выбираем между ними меньшее, следовательно R=30м.

Рассчитываем приведенный радиус котловаа

r₀ =(l*b/π) ^1/2 =17м

Радиус влияния котлована R_k=R+ r₀ =30+17=47 м

Приток воды Q=1,37k(h₁²-h₂²)/lg(R_k / r₀)=1,37*15(2,2*2,2)/0,44=225,2м³/сут

Траншея глубиной 2,2м, длиной 100м., т.к отношении длины и ширины траншеи >10, то она является несовершенной выемкой. Траншея вырыта на месте скважины 70 , где грунт – мелкий песок (R=55,k=10)

Q=k(h_1А²-h_2А²)*l/R=10*(0,85²-0,6²)*100/55=6,59 м³/сут

Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод

Механическая суффозия. Прогноз суффозионного выноса.

В котловане: i=S/0,33R=2,2/0,33*70=0,1     С_u=9,1 (значение R принимаем максимальное)

В траншее: i=S/0,33R=0,25/0,33*55=0,01

Используя график В. И.Истоминой определяем, что обе точки попали в область безопасных градиентов. Следовательно суффозионный вынос маловероятен.

Фильтрационный выпор также маловероятен, так как i<1


Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод

ρ_s=2,65 т/м³    ρ=1,65 т/м³   Е=30МПа   n=0,4

γ_s= ρ_s *g=2,65*9,8=25,97кН/м³      γ= ρ *g=1,65*9,8=16,17кН/м³

γ_w= ρ_w *g=1*9,8=9,8 кН/м³

Δγ=γ- γ_sb= γ-( γ_s - γ_w )(1-n)=16,17-(25,97-9,8)(1-0,4)=0,60 кН/м³

S_гр= Δγ* S_w² /2Е=0,6*2,2²/2*30=0,048

Прогноз воздействия напорных вод на дно котлована

Р_изб= γ_w* h_w =9,8*4,2=41,16

Р_гр= γ* h_гр =18,82*2=37,64        (для суглинка γ= ρ *g=1,92*9,8=18,82 кН/м³)

Р_изб> Р_гр следовательно, возможен прорыв напорных вод в котлован.

Для уменьшения избыточного напора принимают глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизволом). Это приводит к дополнительному напряжению в толще грунта (0,1 МПа) и оседанию земной поверхности из-за сжатия грунта.


Заключение

На основе анализа рельефа и разреза установим категорию сложности инженерно-геологических условий:

По геоморфологическим условиям – простая категория сложности, т.к. площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента.

По геологическим условиям – сложная, т.к. более 4 по литологии слоев, есть линзовое залегание слоев

Категория сложности по гидрогеологическим условиям – средней сложности, т.к. имеются 2 горизонта подземных вод, возможно местами с неоднородным химическим составом, один из водоносных горизонтов обладает напором.

По гидрохимическим факторам – при оценке воды по отношению к бетону можно сказать, что по всем показателям (за исключением количества содержания ионов натрия и калия, т.к. они содержатся в большом количестве) вода не будет являться агрессивной средой для бетона.

К неблагоприятным процессам в грунтовой толще, связанные с техногенным воздействием при строительном освоении территории можно отнести понижение или повышение уровня грунтовых вод, изменение химического состава и температуры воды грунтовых вод, снижение напоров в межпластовых водоносных горизонтах. В следствии этих и ряда других процессов в условиях эксплуатации сооружений могут возникать осадки и деформации сооружений.

Во избежание неблагоприятных последствий важна правильная оценка гидрогеологических условий, чтобы в дальнейшем не возникло проблем с подтоплением подвалов, коррозией бетона и других материалов, проседанием поверхности земли за счет водопонижения и т.д.