I. 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.
II. Геологические условия
1. Исходные данные
Таблица 1. Описание колонок буровых скважин

Номер скважины и абсолютная отметка устья	Номер слоя	Индекс слоя	Полевое описание пород	Отметка по-дошвы слоя, м	Отметка уровней подземных вод
1	2	3	4	5	6
11 47,0	1 2 3	mlIV gIII О	Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный Суглинок с гравием, пластичный Известняк трещиноватый	43,0 36,1 35,0
12 50,8	1 2 3 4	tgIV mlIV gIII О	Насыпной слой, водонасыщенный Песок пылеватый, рыхлый, водонасыщенный Суглинок с гравием, твердый Известняк трещиноватый	49,0 46,2 41,9 40,8
13 49,5	1 2 3 4	mlIV mlIV gIII О	Из расчетов Супесь пылеватая, пластичная Суглинок с гравием, твердый Известняк трещиноватый	46,5 45,0 41,2 40,5

2.1 Определение неизвестной породы №1 для скважины № 13
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
2	13	-	-	28	20	16	25	6	5	-

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 0>50-не соответствует 0>50-не соответствует
Пески: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	>2 >0,50 >0,25 >0,10 >0,10	0>25-не соответствует 28>50-не соответствует 48>50-не соответствует 64≥75-не соответствует 64<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

2.2. Суммарная кривая гранулометрического состава


1.Нахождение - действующего и - контролирующего диаметров:
Таблица 2.2.1 Результаты гранулометрического состава (из задания)

Диаметры частиц, мм	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
Содержание фракций, %	-	28	20	16	25	6	5

Таблица 2.2.2. Вспомогательная таблица полных остатков

Диаметры частиц, мм	<10	<2	0,5	<0,25	<0,1	0,05	<0,01
Содержание фракций, %	100	100	72	52	36	11	5

Исходя из графика кривой гранулометрического состава определим значения действующего и контролирующего диаметров: =0,04 мм, =0,37 мм.
2.Определение степени неоднородности гранулометрического состава:

=9,25>3, следовательно, песок неоднородный;

=9,25<10, следовательно, песок суффозионно-устойчивый.

3. Определение ориентировочных значений коэффициента фильтрации k (м/сут):

Так как значение > 5, то определяем значение по таблице средних значений для песка пылеватого:
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):

==0,47 см

Значение С для песков принимается равное 0,1.
3. Выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)
Таблица 3.1. Инженерно-геологические элементы

№	Индекс	Грунт	е
1	mlIV	Песок пылеватый, рыхлый, водонасыщенный	0,6-0,8	-
2	mlIV	Песок пылеватый, плотный	>0,8	-
3	mlIV	Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный	0,53	-
4	mlIV	Супесь пылеватая, пластичная	-	0-1
5	gIII	Суглинок с гравием, твердый	-	<0
6	gIII	Суглинок с гравием, пластичный	-	0,25-0,5
7	О	Известняк трещиноватый	-	-

4. Определение глубины залегания коренных пород и характеристик их кровли (уклон, расчлененность)
По геолого-литологическому разрезу определяем: коренная порода – О (известняк трещиноватый) залегает на глубине от 8,9 м до 10,9 м в.
Уклон залегания коренной породы между 12 и 13 скважинами:

=-0,00375,
Уклон залегания коренной породы между 13и 11скважинами:

=0,06875,

Расчлененность коренной породы - отсутствует.
5. Определение категории сложности инженерно- геологических условий
В соответствие со СН 1-195-97 «Категории сложности инженерно – геологических условий» подбираем: в данном случае II категория сложности, так как имеется не более 4ех различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Наблюдается существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине.
III. Гидрогеологические условия
1. Анализ колонок буровых скважин, геолого-литологического разреза и карты изогипс

1.Устанавливаем для разреза в целом:

1.1. Количество водоносных слоёв:2;

1.2. Тип по условиям залегания: первый слой – грунтовая вода; второй слой – межпластовая вода.

1.3. Наименование слоёв:

Первый слой – водовмещающий (фильтрующий) слой. Это грунтовая безнапорная вода, пролегающая через толщу породы озёрно-морского происхождения. (ml IV)

Второй слой – водоупорный слой. Межпластовая напорная (артезианская) вода, так как ее напор на контакте с верхним водоупором (слой № 5-суглинок с гравием, твердый) больше нуля.

1.4. Глубина залегания первого водоносного слоя – от 1 метра до 0, 6 метра. Мощность (величина, измеряемая от уровня воды до подошвы слоя)- от 3,3 до 3,6.

Глубина залегания второго водоносного слоя – от 9 метров до 2,3 метра. Величина напора Низб =6.

2. По карте изогипс устанавливаем:

2.1. Направление потока и его характер: поток радиальный (сходящийся), т.к. вода сходится к одной области.

2.2. Определение гидравлического градиента:



для 12 и 13 скважин: =49,8-48,5=1,3м, тогда



для 11 и 13 скважин: =48,5-46,4=2,1м, тогда



Определение скорости грунтового потока кажущейся: V=ki

Для 12 и 13 скважин :V=ki=0,2*0,02=0,004 м/сут

k=0,1-0,3, примем k =0,2

для 11 и 13 скважин: V=ki=0,2*0,03= 0,006 м/сут

Определение скорости грунтового потока действительной: Vд=V/n

Для 12 и 13 скважин :Vд=V/n=0,004/0,35=0,011 м/сут

n=0,35 д.ед. для пылеватых песков

для 11 и 13 скважин: Vд=V/n=0,006/0,35=0,017 м/сут

2.3. Участки возможного подтопления: высокий уровень грунтовых вод является помехой при строительстве - он может вызвать большие притоки в строительные котлованы, привести к размоканию и потере связности грунтов, так на разрезе видно, что возможно подтопление котлована в скважине № 13, также котлованов, которые будут разработаны и у скважин № 11 и 12, так как глубина залегания водоносного слоя не превышает 1 метра.

Напорная вода (13 скважина) под водоупорным дном котлована может вызвать его прорыв и внезапное затопление.
2. Химический состав подземных вод. Оценка качества воды по отношению к бетону.

2.1. Расчетные данные

№ скв	Са	Mg	K+Na	SO	Cl	HCO	CO	pH
13	68	34	14	22	17	415	57	6,7

Выражение результатов анализа в различных формах

Ионы	Содержание мг/л	Эквивалентное содержание		Эквивалентная масса
		мг*экв	(%-экв)
Катионы Na Mg Ca	14 34 68	0,6 2,83 3,4	12,1 29,3 58,6	23,0 12,0 20,0
Сумма катионов	116	6,83	100%	-
Анионы Cl SO HCO	17 22 415	0,49 0,46 6,8	3,8 4,8 91,4	35,0 48,0 61,0
Сумма анионов	454	3,15	100%	144
Общая сумма	570	9,98

Составляем химическую формулу воды в виде псевдодроби:



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.
2.2. Категория сложности участка по гидрогеологическим факторам:

В соответствие со СН 1-195-97 «Категории сложности инженерно – геологических условий» подбираем: в данном случае II категория сложности, так как имеется два выдержанных горизонта подземных вод, местами с неоднородным химическим составом, один из которых обладает напором и содержащих загрязнение.
IV. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении.

а) Выемка – траншея;

тип траншеи – совершенная, плоская l/b>10; характер потока – плоский.

1. Расчетные данные: траншея совершенная, в скважине № 11.

длина l =150 м.;

водопонижение S=1 м.;

глубина h=4 м.

2.Расчеты притока воды в безнапорном горизонте для траншеи:

k=2 м/сут.

Из схемы траншеи: м;

м;

м;


б) Выемка – котлован;

тип котлована – несовершенный, короткий: отношение сторон l/b<10; характер потока – радиальный.
1. Расчетные данные: котлован несовершенный, в скважине № 13.

длина L =30 м.;

ширина В=30 м;

глубина H=2,5 м.

2.Расчеты притока воды в безнапорном горизонте для котлована:

k=2 м/сут.

м

=1,5 м

=1,95-1,5=0,45 м;

из схемы котлована: S=1,5 м

Рассчитаем приведенный радиус «большого колодца»: м;

радиус влияния «большого колодца»: м.

м;


Мощность активного слоя для котлована: Н=4/3P,

где Р=3,5 -мощность водоносного слоя для 13 скважины, тогда

Н=4/3*3,5=4,7

Возможность поступления воды в осушаемый котлован (траншею) из поверхностного водоема: в процессе откачки возможна фильтрация воды из поверхностного водоема в котлован (траншею), так как водоём находится в пределах депрессионной воронки, его называют радиус влияния дрены и в песках он составляет порядка 300 м , а уровень воды в нем выше отметки дна котлована.
V. Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод.
1. Механическая суффозия в откосах выемки

1. 
   Гидравлический градиент i при водопонижении в котловане и траншее:
   

i==3,4/0,33*20=0,52 м

S=H=49,8-46,4=3,4 м

R==20 м

2. 
   Степень неоднородности грунта =9,25 (раздел 2.2 пункт 2)
   
3. 
   График прогноза суффозионного выноса (см. ниже)
   
4. 
   В соответствие с графиком прогноза суффозионного выноса делаем вывод, что точка попадает в область безопасных градиентов
   
5. 
   В общем случае, грунты при деформировании обладают как упругими, так и остаточными свойствами. Физические причины упругих деформаций: упругость минеральных частиц грунта; упругость воды; упругость замкнутых пузырьков воздуха. Физические причины остаточных деформаций: уплотнение грунта; сдвиги частиц грунта; разрушение частиц в точках контакта.
   

Для ограничения абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.) необходим расчет оснований по деформациям. Это необходимо для проверки прочности и трещиностойкости фундаментов и надфундаментных конструкций с учетом усилий, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

2. Фильтрационный выпор в дне выемки.

Величина градиента при водопонижении не достигает значения , следовательно, возможность фильтрационного выпора отсутствует.
3. Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод.



м

кН/ (для песчаных грунтов);

кН/(удельный вес воды);

кН/

е=0,53 (показатель пористости);

кН/

кН/

Е =9-12 МПа, примем Е=10 МПа

м