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

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):

их количество в исследуемом разрезе;

глубина залегания;

мощность и выдержанность;

тип по условиям залегания;

наличие избыточного напора;

химический состав;

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 глубоко 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 сооружения.

1. Исходные данные

- плотность минеральной части, т/м3

- плотность породы, т/м3

Ip - число пластичности, д.ед.

- пористость, д.ед.

- коэффициент пористости, д.ед.

- модуль общей деформации, МПа

Содержание ОВ - содержание органического вещества в породе, %

D - степень разложения торфа, %

2. Аналитический блок.

В геологическом строении участка принимают участие следующие стратиграфо-генетические комплексы:

1. (m-l) IV - современные морского и озерного происхождения литологический состав: супесь пылеватая, пластичная с органикой мощность: 3,0 м. по площади: вскрыт только в скважине №39.

2.lg III - озерно-ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: суглинок слоистый, текучий мощность: 2,0 м. по площади: вскрыт только в скважине №39.

3. gIII - ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: песок крупный, плотный, с галькой, водонасыщенный мощность: 3,2 м. по площади: вскрыт только в скважине №39.

4. gIII - ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: суглинок с гравием, галькой, полутвердый по площади: вскрыт в скважинах № 39,42, 40 мощность: не известно.

5. (m-l) IV - современные морского и озерного происхождения литологический состав: песок пылеватый мощность: от 3,0 м. (скв.№40) до 4,4 м. (скв.№42) по площади: вскрыт в скважинах № 42, 40.

6. lg III - озерно-ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: суглинок слоистый, тугопластичный мощность: от 1,1 м. (скв.№42) до 2,0 м. (скв.№43) по площади: вскрыт в скважинах № 42, 43, 40.

7. gIII - ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: супесь пылеватая, с гравием, пластичная по площади: вскрыт в скважинах № 42, 43 мощность: от 2,0 м. (скв. №42) до 3,0 м. (скв. №43).

8.(m-l) IV - современные морского и озерного происхождения литологический состав: песок мелкий, рыхлый, с глубины 0,6м водонасыщенный мощность: 2,0 м. по площади: вскрыт только в скважине №43.

9.(m-l) IV - современные морского и озерного происхождения литологический состав: супесь пылеватая, пластичная мощность: 2,0 м. по площади: вскрыт только в скважине №43.

10. gIII - ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: глина с гравием, твердая мощность: не известно по площади: вскрыт только в скважине №43.

11. gIII - ледникового происхождения, верхнечетвертичные литологический состав: песок крупный, плотный, водонасыщенный мощность: 4,3 м. по площади: вскрыт только в скважине №40.

2.3 Гидрогеологическое строение площадки

скважина грунтовый вода гранулометрический

Скважина №40

Выражение результатов анализа в различных формах

pH=6,4 - вода кислая

Химическая формула воды

Вода солоноватая, бикарбонатно-кальциевая

Оценка качества воды по отношению к бетону:

=1129 мг/л >85 мг/л неагрессивна по бикарбонатной щелочности

pH=6,4<6,5 - вода агрессивна по водородному показателю

Mg=55 мг/л<1000 мг/л - вода неагрессивна по содержанию магнезиальных солей

Na=48 мг/л<50 мг/л - вода неагрессивна по содержанию едких щелочей

= 114 мг/л<250 мг/л - вода неагрессивна по содержанию сульфатов

Скважина №42

Выражение результатов анализа в различных формах

pH=6,4 - вода кислая

Химическая формула воды

Вода бикарбонатно-натриевая, пресная.

Оценка качества воды по отношению к бетону:

=354 мг/л >85 мг/л неагрессивна по бикарбонатной щелочности

pH=6,4<6,5 - вода агрессивна по водородному показателю

Mg=33 мг/л<1000 мг/л - вода неагрессивна по содержанию магнезиальных солей

Na=83 мг/л<50 г/л - вода неагрессивна по содержанию едких щелочей

= 108 мг/л<250 мг/л - вода неагрессивна по содержанию сульфатов

3. Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении

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

Применяем принудительный способ водопонижения - откачка воды из котлована, траншеи.

1.Котлован:

Исходные данные:

-Глубина котлована hк.=4,5 м.

-Длина котлована l= 50 м.

-Ширина котлована b= 25 м.

Глубина залегания грунтовых вод hd = 0,1 м

H1=4,4 м.

H2= 0 (откачивается весь столб воды)

S= H1-H2= 4,4 м.

Коэффициент фильтрации k= 1 м/сут

R- радиус влияния, м;

Rтабл. =20-40 м, R=18,5 м

Приведенный радиус котлована:

Радиус влияния котлованаRk=R+r0=38,5 м

h0=0, т.к. принудительное водопонижение;

.

Схема притока к совершенной выемке: котлован

2.Траншея:

Исходные данные:

-Глубина траншеи hк. =2 м.

-Длина траншеи l= 100 м.

- Глубина залегания грунтовых вод hd = 0,1 м

-Заглубление траншеи в водоносный горизонт t= 1,9 м.

S=t=hwk

Мощность водоносного горизонта H = 2,1 м

Коэффициент фильтрации k= 1 м/сут

R- радиус влияния, м

Rтабл= 20-40 м, R=18,5 м

=2,7 м.

Rнач< Rтабл

Расстояние от дна котлована до водоупора h = 2,0 м

Схема притока к несовершенной выемке: траншея

4. Прогноз последствий водопонижения (скважина №42)

Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водослив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока - механическая суффозия.

4.1 Прогноз суффозионного выноса

График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой)

i

0 10 20 30 40 50 Cu

I - область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II - область безопасных градиентов

1)

где S = H - разность напоров (отметок) водоносного слоя,

R - радиус влияния,

0,33 - коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

2)

Заключение: точка попала в область безопасных градиентов - суффозионного выноса не будет.

4.2 Прогноз оседания земной поверхности при снижении уровня грунтовых вод

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта.

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле:

где :

= 18,0 - удельный вес грунта;

- тоже ниже уровня грунтовых вод;

= 10- удельный вес воды;

=26,5 - удельный вес твердых частиц грунта;

n=0,35 д.ед. - пористость;

=4,4 м - величина водопонижения;

E = 30000 кПа - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Схема оседания поверхности при водопонижении

4.3 Прогноз воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей

В случае, если на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунтов в основании котлованов и траншей. Возможны три варианта:

pизб < pгр - дно выработки устойчиво;

pизб = pгр - подъем дна котлована за счет разуплотнения грунта в его основании;

pизб > pгр - прорыв напорных вод в котлован, где .

Заключение: pизб > pгр - возможен прорыв напорных вод в котлован.

Схема воздействия напорных вод на дно котлована

Заключение

I. В ходе работы были решены следующие задачи:

в скважинах №40 и №42 определены пропущенные слои и их характеристики;

охарактеризован рельеф и геологическое строение площадки, построен инженерно-геологиеский разрез;

охарактеризовано гидрогеологическое строение площадки, построена карта гидроизогипс, по которой определены вид грунтового потока, гидравлический градиент, кажущаяся скорость грунтового потока, действительная скорость грунтового потока;

дана оценка химического состава воды, ее агрессивности по отношению к бетону;

произведены гидрогеологические расчеты водопритока в совершенный котлован и несовершенную траншею в условиях принудительного водопонижения;

произведен прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод;

произведен прогноз воздействия грунтовых вод на дно котлована: из-за избыточного напора произойдет прорыв напорных вод в котлован.

По СП 11 - 105 - 97 сделаем вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

По геоморфологическим условиям: участок находится в пределах нескольких геоморфологических элементов - категория сложности II (средней сложности)

По геологическим факторам в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой: более четырех различных по литологии слоев с изменяющейся мощностью - категория сложности III (сложная)

По гидрогеологическим факторам в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой: площадка имеет 2 выдержанных горизонта подземных вод, местами с неоднородным химическим составом и обладающих напором - категории сложности II (средней сложности)

Геологические и инженерно-геологические процессы и специфические грунты в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой имеют ограниченное распространение и не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объекта - категория сложности II (средней сложности)

Техногенные воздействия и изменения освоенных территорий не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений и проведение инженерно-неологических изысканий - категория сложности II (средней сложности). Таким образом, принимая во внимание все факторы, оказывающие влияние на категорию сложности инженерно-геологических условий строительной площадки, данный участок можно отнести к III категории сложности (сложная).

Список использованной литературы

1. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства: задания и методические указания /СПбГАСУ; Сост.: Н.И.Зеленкова, В.А. Челнокова. СПб., 2003.

2. Инженерная геология: Учеб. для строит. спец. вузов/ В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. - 4-е изд., стер.- М.: Высш. Шк., 2006.

Размещено на Allbest.ru