Проектирование дренажа на селитебных территориях

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образование учреждение высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

Курсовая работа

Проектирование дренажа на селитебных территориях

Астрахань-2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Защита территорий и сооружений от подтопления

Глава 2. Виды дренажей

Глава 3. Конструкции дренажей

Глава 4. Проектирование и расчёт кольцевого дренажа территории под строительство многоэтажного жилого дома по ул. С. Перовской

4.1 Анализ гидрогеологических условий

4.2 Расчёт дренажной системы

4.3 Утилизация дренажных вод

4.4 Проектирование дренажной системы

Заключение

Список использованной литературы

дренаж селитебный территория подтопление

ВВЕДЕНИЕ

Дренаж в городском строительстве применяют при освоении новых территорий и реконструкции существующих, он необходим также при освоении небольших площадок, нередко расположенных на границе в окружении интенсивно застроенных участков.

Защита от подтопления подземными водами для значительных по своим размерам территориям разрабатывается в рамках проектирования её инженерной подготовки и осуществляется путём устройства комплекса общих дренажных систем. Не менее значимы многочисленные местные системы и мелкие дренажные сооружения. Для отдельных локальных участков территории именно с их помощью осуществляют защиту от подземных вод зданий, сооружений и элементов благоустройства территории застройки. В практике проектирования местные системы дренажа и мелкие дренажные устройства разрабатывают в комплексе с другими вопросами благоустройства (организацией поверхностного стока, рельефа, подбором конструкций дорожных одежд и т.п.).

Дренаж позволяет человеку вырваться из зависимости от природных условий и сделать свою жизнь более комфортной и безопасной, т.к. дренажные мероприятия направлены на изменение существующих природных условий для целей человека.

ГЛАВА 1. ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ПОДТОПЛЕНИЯ

Защиту от подтопления предусматривают на территориях с неглубоким залеганием грунтовых вод от поверхности земли, так как при этом в неблагоприятных гидрогеологических условиях оказываются подземные части зданий, сооружений, коммуникационные каналы и основания конструкций элементов благоустройства территории застройки. Нежелательное высокое положение уровня грунтовых вод (УГВ) может быть вызвано их естественным режимом (который связан с геологическим и гидрогеологическим строением, климатическими особенностями, рельефом, гидрографической сетью) или повышением в результате строительства и эксплуатации зданий, сооружений, в том числе гидротехнических.

На территории застройки защиту от подтопления решают с помощью профилактических и радикальных методов.

Профилактические предусматривают организационные и инженерные мероприятия. Организационные сводятся к правильной эксплуатации водосодержащих подземных сетей, в том числе и дренажных, и к контролю за технологией строительных работ. Инженерные мероприятия включают рациональную организацию рельефа и поверхностного стока, устройство защитнйо гидроизоляции в зданиях и сооружениях, а при необходимости профилактических дренажей - систем, защищающих от капиллярных и подземных вод. Устройство таких профилактических дренажей широкок практикуется при строительстве подземнхы коммуникаций. На прибрежных территориях защиту от подтопления, в том числе и профилактическую, решают в комплексе с другими мероприятиями инженерной подготовки. Здесь речь идёт о защите от затопления, подсыпке территории для снятия местных напоров в толще горизонта грунтовых вод, благоустройстве берегов, регулировании русла рек и др. необходимых мероприятиях.

Радикальные методы защиты от подтопления в зависимости от его причин и характера (постоянное, сезонное, жпизодическое) включат устройство соответствующих систем и конструкций дренажа. Эти методы должны сочетаться с профилактическими и обеспечивать норму осушения.

ГЛАВА 2. ВИДЫ ДРЕНАЖЕЙ

Существует 3 вида дренажей: горизонтальный, вертикальный и комбинированный.

Рис. 2.1. Схема работы дренажа: а- горизонтального; б - вертикального. 1 - непониженный УГВ; 2 - пониженный УГВ; 3 - дрена

Вертикальный. Бурится скважина с забоем ниже УГВ. Соответственно, в скважину поступает вода и производится откачка

Горизонтальный. Грунтовая вода поступает в горизонтально залегающую (с некоторым уклоном, определяемым по СНиП 2.04.03 - 85 «Канализация. Наружные сети и сооружения») дрену и по ней самотёком поступает в колодец, откуда производится откачка.

Комбинированный. Соответственно, различные варианты сочетания вертикального и горизонтального типов дренажей.

ГЛАВА 3. КОНСТРУКЦИИ ДРЕНАЖЕЙ

В зависимости от исходных условий и целей, для которых сооружается дренажная система, различают разные конструкции.

Общие системы дренажей: головные, береговые, систематические (площадные).

Головные дренажи проектируют для осушения территорий, подтопленных потоком подземных вод, притекающих с водораздела, когда область их питания лежит вне защищаемой территории. (рис. 3.1. а,б)

Рис. 3.1. Схема головного и берегового дренажа:

а - дренаж головной горизонтальный совершенный; б - то же несовершенный; в - береговой горизонтальный совершенный.

1 - расчётный уровень водотока; 2 - водоупор; 3 - пониженный УГВ; 4 - дренаж; 5 - непониженный УГВ

Береговые дренажи проектируют как защиту от грунтовых вод, поступающих на территорию, главным образом, из открытых водоёмов.

Систематический (площадный) дренаж используют на территориях, где подземные воды питаются за счёт просачивания атмосферных, поверхностных и хозяйственных вод (питание "сверху"), а также напорных подземных вод (питание "снизу"). Представляет собой системы вертикальных или горизонтальных дрен, равномерно расположенных по всей дренируемой территории (рис 3.2).

Рис. 3.2. Схема систематического дренажа. 1 - дрены осушающие;

2 - дрены собирающие.

Местные дренажи: кольцевой, лучевой, пристенный (прифундаментный), сопутствующий, застенный и откосные.

Кольцевой дренаж защищает отдельные здания или группы сооружений. Им обеспечивают защиту подвалов зданий, заложенных в водоносных песчаных грунтах при питании подземных вод "сверху" или "сбоку", закладывая его ниже пола подвала. Дренаж устраивают по всему контуру здания или в виде незамкнутого кольца, когда имеется ярко выраженный односторонний приток грунтовых вод.

Кольцевой дренаж защищает отдельные здания или группы сооружений. Им обеспечивают защиту подвалов зданий, заложенных в водоносных песчаных грунтах при питании подземных вод "сверху" или "сбоку", закладывая его ниже пола подвала. Дренаж устраивают по всему контуру здания или в виде незамкнутого кольца, когда имеется ярко выраженный односторонний приток грунтовых вод.

Лучевой дренаж состоит из горизонтальных трубчатых дрен, уложенных в виде радиальных лучей, шахтного колодца диаметром 2 - 6 м для приема дренажного стока из лучей и насоса. Лучевой дренаж может быть многоярусным и иметь в каждом ярусе по 3 - 5 лучей. Устройство лучевого дренажа особенно эффективно на застроенных территориях при высокой плоскости застройки.

Рис. 3.3. Систематический лучевой дренаж в пределах городской застройки. 1 - лучевые водозаборы; 2 - здания

Лучевой дренаж применяется в тех случаях, когда осушаемая территория имеет высокий уровень грунтовых вод и большую подпитку от окружающих территорий, а так же в стеснённых условиях существующией застройки и ландшафтов. Отличительной особенностью лучевого дренажа является то, что дренажная сеть является отводящей и собирающей, то есть колодцы выполняют двойную функцию. Лучевой дренаж является более дорогим, так как требует увеличенного, по сравнению с обычным дренажем, диаметра проводящей сети.

Рис. 3.4. Схема лучевого водозабора

Пристенный (прифундаментный) дренаж (рис. 3.5) защищает подвалы зданий, заложенных в грунтах глинистых и водоносных слоистого строения при близком залегании водоупора, когда пол подвала расположен над слоем супеси или песка мощностью менее 0,5м. Дренаж прокладывают по контуру зданий с наружной стороны, ниже пола подвала, обычно на отметке подошвы фундамента или выше. Пристенные дренажи часто устраивают с профилактической целью, т.е. при отсутствии подземных вод. Их проектируют для подвалов зданий и других подземных сооружений, заложенных в глинистых грунтах, обладающих выраженными капиллярными свойствами в сочетании с другими местными системами дренажа.

Рис. 3.5. Схема конструкции прифундаментного дренажа. 1 - отметка пола подвала; 2 - поверхность земли; 3 - обратная засыпка; 4 - песок крупнозернистый; 5 - гравий крупностью 3-10 мм; 6 - труба; l - расстояние до здания. Размеры даны в см.

Сопутствующие, застенные и откосные дренажи, а также дренаж открытых спортивных площадок проектируют, решая конкретные задачи благоустройства территории застройки. Существенная роль в успешном решении этих задач отводится рациональной организации рельефа и подбору конструкции дорожных одежд с учётом местных гидрогеологических особенностей площадки строительства.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ КОЛЬЦЕВОГО ДРЕНАЖА ТЕРРИТОРИИ ПОД СТРОИТЕЛЬСТВО МНОГОЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА ПО УЛ. С. ПЕРОВСКОЙ

4.1 Анализ гидрогеологических условий

Перед тем, как проектировать дренаж, необходимо проанализировать материалы инженерно-геологических изысканий и составить прогноз гидрогеологических условий. Анализ гидрогеологических условий показывает зависимость первого от поверхности водоносного горизонта от влияния техногенного фактора. Естественный режим инфильтрационного сезонного питания сменился на техногенно-фильтрационный. Расчет прогнозного уровня произведен в программном комплексе GMS 6.5.1 с использованием модуля Modflow. Для построения гидрогеологической модели грунтового потока были использованы данные инженерно-геологических отчетов и графическая карта участка работ в формате ДубльГИС 3.0.8.2. Моделирование прогнозного уровня производилось по площадке размером 700 х 700 м. Абсолютные отметки поверхности варьируют от минус 22,31 м в северо-восточной части до минус 18,6 м - в южной части территории. По площадке застройки планировочная поверхность земли соответствует отметке минус 22,4 м.

Первым шагом было создание модели в стационаре: занесение имеющихся параметров в программу, определение параметров потока и геологических условий участка.

В базовый пакет модуля Modflow были внесены следующие параметры: тип режима (не стационарный), время, в течении которого производится изменение прогнозируемого уровня (60 сут), занесены пакеты питания подземных вод, абсолютные отметки кровли и подошвы всех моделируемых слоев, меженные установившиеся уровни подземных вод территории: от минус 22,85 м и минус 22,95 в западной южной частях до минус 23,31 м -- в северо-восточной ее части. По площадке застройки абсолютная отметка меженного уровня принята минус 23,13 м.

При обосновании прогнозного уровня грунтовых вод по площадке строительства объекта учитывался фактор общего сезонного колебания, связанный с оттаиванием грунтов и наличием техногенного питания со стороны водонесущих коммуникаций, степень снижения инфильтрационного питания поверхностным стоком за счет застройки территории и покрытия дорожной одеждой.

Инфильтрационное питание за счёт утечек из водонесущих коммуникаций рассчитываем согласно Рекомендациям по выбору исходных данных для модели прогноза процесса подтопления городских территорий. При плотности существующей 5-14-ти этажной застройки и плотности коммуникаций 440 м на 1 га фактические утечки составляют не менее 7 м3/сут на 1 га, что вводится в пакет питания.

Расчет, произведенный в программном комплексе GMS 6.5.1, наглядно демонстрирует положение уровня по площадке с учетом утечек из водонесущих коммуникаций и сезонного повышения (рис. 4.1.2).

Значения прогнозируемого уровня по площадке при продолжительности сезонного подъема 60 суток соответствуют интервалу абсолютных отметок минус 22,84 - минус 22,74 м. За расчётный прогнозный уровень рекомендуется принять максимальное положение, соответствующее отметке минус 22,77 м.

Основными факторами, обусловливающими необходимость строительства дренажной системы на территории планируемой застройки, являются жесткие требования по соблюдению нормативных разрывов от прогнозного уровня подземных вод до планировочных отметок поверхности (2 м) и до ростверков фундаментов зданий и сооружений (до 0,5 м). Таким образом, от агрессивного воздействия со стороны подземных вод защищаются конструкции, прокладываемые инженерные сети, и нивелируются утечки из водонесущих коммуникаций. Из предложенных трех типов дренажных систем (лучевой, горизонтальной, комбинированный) был выбран, как самый оптимальный, систематический площадной горизонтальный трубчатый дренаж, преимущественно из-за низких емкостных и фильтрационных характеристик осушаемых грунтов глинистого состава.

Рис. 4.1.1. Инженерно-геологический разрез по линии на территории строительства дома

Рис. 4.1.2. Карта изогипс прогнозного уровня подземных вод на территории строительства

4.2 Расчёт дренажной системы

Гидрогеологические условия территорий характеризуются развитием безнапорного водоносного горизонта, приуроченного к современным аллювиальным и морским хвалынским отложениям, залегающего на местном водоупоре хазарских глин. Дренированию подлежит верхний слой водовмещающих тонких прослоев песков в аллювиальных суглинках на глубину расчетной нормы осушения до 2,0 м. Расчетные отметки заложения низа дренажных лотков приняты в интервале минус 24,2 -- минус 24,7 м.

Расчет работы дренажной системы выполняется в программном комплексе GMS 6.5.1. В программу закладываются значения полученного прогнозного уровня, выполняется трассировка дренажной сети, с занесением всех необходимых гидрогеологических параметров (сопротивления и уровня дрен, с учетом уклона 0,04).

Результатом расчета является карта изогипс, демонстрирующие изменение уровня грунтовых вод при работе дренажной системы и полученный расход дренажных вод (рис. 5,6). При расчетном периоде действия 60 суток проектируемой дренажной системы расход ее с площади 0,96 га (24х400 м2) составит 5,376 м3/сут или 0,0112 м3/сут на 1 п.м. При этом уровень подземных вод внутри площадки понизится до абсолютных отметок минус 23,6 -- минус 23,8 м.

Для проверки полученных результатов выполним расчет кольцевого дренажа аналитическим способом. Суммарный расход кольцевого горизонтального дренажа несовершенного типа рассчитывают по формуле Е. Е. Керкиса:

, (1)

где ц = ц1-ц2 определяют по графикам R/T и ro/T, 008;

h - глубина погружения дрены под не пониженный уровень грунтовых вод, в среднем 0,9 м; hмах = 1,1 м - максимальная высота пониженного уровня грунтовых вод;

ro - приведенный радиус влияния контурного дренажа, 55,3 м.;

rd - радиус дрены, 0,1 м;

Tср- превышение несовершенной дрены над водоупором, 11,45 м;

R - расчетный радиус влияния дренажа, 100 м.

Рассчитывая суммарный максимальный суточный расход системы, подставляем в используемую формулу максимальную высоту понижаемого уровня подземных вод над уровнем воды в дрене несовершенного систематического дренажа, hmax 1,1 м. В результате получим расход в 6,62 м3/сут.

Диаметр труб дренажного самотечного коллектора рассчитывают по формуле:

, (2)

где q - расход на единицу дрены, 0,013 м3/сут на 1п.м; х - скорость движения воды в трубах горизонтальных, 0,3-0,35 м/c; - коэффициент, зависящий от степени заполнения труб, 0,75. Подставляя значения в формулу, получим расчетный диаметр труб 200 мм.

Рис. 4.2.1. Пониженный УГВ при работе дренажной системы.

4.3 Утилизация дренажных вод

Утилизацию дренажных вод предлагается выполнить одним из двух способов: сбросом на городские ОСК ливневой канализации с предварительным разбавлением или обратной закачкой в водоносный горизонт хазарских песков.

Наиболее экологически оправданным представляется вариант утилизации дренажных вод обратной закачкой в нижнехазарский водоносный горизонт в районе р.Кутум. Причем согласно водно-коллекторским свойствам выбран 6-метровый слой мелкозернистых песков, залегающий ниже абсолютных отметок минус 51,6 м, т.е. в интервале глубин 30-36 м. Коэффициент фильтрации песков достигает 6 м/сут, водоотдача -0,2.

Прогнозная минерализация дренажных вод по данным инженерно-геологических изысканий в этом районе ожидается в интервале значений 3,7 -7,5 г/дм3 со смешанным типом воды, но с преобладанием хлоридного и сульфатного анионов.

Загрязненность подземных вод территории органическим веществом и тяжелыми металлами предполагают слишком большие затраты на очистку, чтобы далее иметь возможность сброса в городские водотоки. Подземные воды хазарского горизонта, обладая рассольной устойчивой минерализацией и хлоридным натриевым и натриево-магниевым составом, имеют прекрасные природные обеззараживающие свойства; достаточно изолированы от вышезалегающего горизонта и совместимы по химическому составу с дренажными водами.

Объем дренажного стока, подлежащий утилизации, составит 6,6 м3/сут или 7,6 л/с в период максимальной нагрузки и 5,4 м3/сут или 6,2 л/с (не более 60 дней в период весенне-осеннего подъема). Для реализации данного решения необходимо в прирусловой зоне р.Кутум бурение 1 скважины глубиной по 37-40 м, оборудованной фильтром с рабочим интервалом 5 м. Для закачки дренажных вод потребуется оборудование скважины.

В результате заказчиком был выбран вариант вывоза дренажных вод а/т для дальнейшей очистки и последующей безвредной утилизацией в природные водоёмы.

4.4 Проектирование дренажной системы

После этого начинается детальное проектирование дренажной системы, исходя из полученных условий и требований. Т.е выбираются оптимальные (по технико-экономическим показателям) количество и конструкция колодцев, материал дренажных труб, насосное оборудование. В данном случае было принято решение о строительстве 6 смотровых и 1 водоприёмного колодца. Смотровые нужны для наблюдения за работой дренажной системы. Кроме того, они строятся на поворотных участках дренажной системы. Водоприёмный колодец необходим в качестве резервуара для дренированной воды, откуда в дальнейшем она будет откачана для последующей транспортировки. Поэтому его размеры необходимо подбирать таким образом, чтобы он вместил объём дренированной воды минимум за 2 суток. На рис. 4.4.1. приведён план расположения дренажной системы. На рис. 4.4.2. показан продольный профиль дренажа по линии ДВК1-ДСК6-ДСК5-ДСК4-ДСК1.

Рис. 4.4.1. План дренажной системы

Рис. 4.4.2. Продольный профиль дренажа

На рис. 4.4.3. показана конструкция смотрового колодца ДСК6, который находится перед водоприёмным. Колодец строится из железобетонных колец с внутренним диаметром 1,5 м. Это делается потому, что в данном колодце будет работать погружной насос для перекачки воды в водоприёмный колодец. В остальных смотровых колодцах внутренний диаметр колец равен 1 м. Высота 1 кольца равна 0,9 м. Количество колец выбирается исходя из того, чтобы лоток дрены был выше дна колодца на 0,5 м. 0.5 м - это высота отстойника в колодцах. Глубина заложения дрены определяется проектируемыми нормами осушения. Общая норма осушения для селитебных территорий равна 2 м, в соответствии со СНиП 2.06.15 - 85.

Рис. 4.4.3. Конструкция смотрового колодца.

В данном случае для дренажа используются гофрированные полиэтиленовые трубы низкого давления с перфорацией. Для соединения с колодцами используются керамические трубы. Максимальная длина полиэтиленовых труб, поставляемых производителем, составляет 40 м. Поэтому в случаях, когда расстояние между колодцами превышает 40 м, используются несколько отрезков труб, соединяемых между собой муфтами.

Сверху колодцы закрываются перекрывающей бетонной плитой с люком, а внутри оборудованы стремянками для спуска. С внешней стороны колодцы обмазываются гидроизоляционным материалом для предотвращения негативного воздействия влаги на бетон.

Вокруг дрены сооружается обсыпка из среднезернистого песка, сверху которого кладётся рядовой щебень (рис. 4.4.4.).

Рис. 4.4.4. Схема обсыпки.

Почти каждая отдельная деталь и конструкция системы разрабатывается в соответствии с каким-либо ГОСТ или СНиП. Это необходимо для всеобщей стандартизации, с целью избежать количественного и видового разброса в конструкциях, что усложнит строительство, эксплуатацию и возможный ремонт системы.

Кроме всего вышеперечисленного, необходимо учитывать существующие сети коммуникаций, пролегающих или проектируемых на данных территориях, чтобы исключить взаимное влияние. Для этого в соответствии со СНиП, в случае пересечения с какой-либо сетью (электрокабели высокого и низкого напряжений, ливневая канализация, газопроводы и т.п.) нужно создать отступ между ними.

После того, как известны все составляющие дренажной сети, составляется смета с указанием стоимости всех работ, необходимых для строительства дренажа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги, можно сказать, что строительство дренажа - это трудоёмкий процесс, который требует детального изучения всех его составляющих и учёт многих факторов, прямо или косвенно влияющих на строительство. Для этого необходимо иметь обширные и глубокие познания в разных областях инженерного знания. Только имея полную картину о существующих технологиях, методах расчёта и строительства, а так же существующих природных условиях, можно создать наиболее качественный проект, по которому будет построен дренаж с долгим сроком службы. От работы дренажа зависит как долго и в каком состоянии будет находиться фундамент всего здания. А фундамент - это основа, на которой стоит любое строение. Таким образом, дренаж имеет первостепенную роль в городском строительстве. Но лишь в относительно долговременных перспективах.

Вместе с тем, дренаж имеет более широкую область применения и не ограничивается лишь улучшением селитебных территорий. Поэтому у данной области имеются широкие перспективы для развития.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дренажи в инженерной подготовке и благоустройстве территории застройки: Учебное пособие/ Г.И. Клиорина. - М.: Изд-во "АСВ"; Спб.; СпбГАСУ, 2002. - 144с

2. Проектирование и строительство горизонтальных водозаборов и дренажей. Г.А.. Разумов. М.: Изд-во "Стройиздат"; 1988. 240с.

3. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. Б. М. Дегтярёв. - М.: Изд-во "Стройиздат", 1990 - 238с.

4. Рекомендации по выбору исходных данных для модели прогноза процесса подтопления городских территорий. М., Стройиздат, 1986.

5. Справочное пособие к СНиП 2.06.15-85. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. М., Стройиздат, 1991.

6. Справочник гидрогеолога. М., Госгеолтехиздат, 1962.

7. Г.И.Потапов Сборник задач по динамике подземных вод. М., Изд-во МГОУ, 2001.

Размещено на Allbest.ru