Оценка гидрогеологических условий площадки строительства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра геотехники

Курсовая работа

Оценка гидрогеологических условий площадки строительства

Выполнила

Диева Д.С.

гр. СВПГС-3

Проверил:

Кислицин Л.В.

Санкт-Петербург

2013



Оглавление

Введение

1. Исходные данные

1.1 Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам

1.2 Сведения о гранулометрическом составе грунтов 1-го водоносного слоя

1.3 Сведения о физико-механических свойствах грунтов первого водоносного слоя и первого водоупора

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

1.5 Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки

2. Аналитический блок

2.1 Геологические условия

2.2 Гидрогеологические условия

2.3 Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

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

2.5 Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей

Заключение

Список использованной литературы

грунт водоносный напорный котлован

Введение

Самым значимым элементом инженерно-геологических условий являются грунтовые воды. На строительных площадках многие трудности связаны именно с ними: затопление котлованов, 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.

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

буровая скважина № 3, абсолютная отметка устья 35,1

1.1 Геолого-литологические колонки по разведочным скважинам

Скважина № 2

Н = 36,2 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	35,0	0	1,2	1,2		Песок пылеватый, средней плотности с глубины1,0 водонасыщенный	35,2	35,3
lg III	32,1	1,2	4,1	2,9		Суглинок ленточный, мягкопластичный
g III	29,0	4,1	7,2	3,1		Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный
g III	25,1	7,2	11,1	3,9		Суглинок с гравием, галькой, полутвердый
1	24,2	11,1	12	0,9		Глина голубая, полутвердая

Скважина № 3

Н = 35,1 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	32,0	0	3,1	3,1		Песок глинистый пылеватый (опред. из гранулометр. анализа)	34,2 28,8	34,4 34,0
p IV	31,2	3,1	3,9	0,8		Торф
lg III	29,6	3,9	5,5	1,6		Суглинок слоистый, тугопластичный
g III	26,6	5,5	8,5	3		Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный
g III	24,2	8,5	10,9	2,4		Суглинок с гравием, твердый
1	23,1	10,9	12	1,1		Глина голубая, твердая

Скважина № 6

Н = 33,6м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	31,4	0	2,2	2,2		Песок пылеватый, средней плотности, водонасыщенный	32,0	32,2
lg III	28,2	2,2	5,4	3,2		Супесь слоистая, пластичная
g III	27,4	5,4	6,2	0,8		Песок гравелистый, плотный, водонасыщенный
g III	23,7	6,2	9,9	3,7		Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный
1	21,2	9,9	12,4	2,5		Глина голубая, полутвердая



1.2 Сведения о гранулометрическом составе 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	3	-	-	3	5	7	58	12	13	2

1.3 Сведения о физико-механических свойствах грунтов первого водоносного слоя и первого водоупора

Грунт	Индекс слоя	Плотность, т/м3	Число пластичности , д. ед.	Показатели пористости, д. ед.	Модуль деформации Е, МПа	Содержание ОВ*, %	Степень разложения D, %
		ps	p		n	e
Песок пылеватый	ml IV	2,65	1,80	-	0,35	0,53	9-12	-	-
Супесь слоистая	lg III	2,68	2,05	0,03	0,38	0,6	8-12	-	-
Суглинок ленточный	lg III	2,72	1,92	0,16	0,55	0,90	6-12	-	-

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

Номер скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2CB	pH
	мг/л
3	192	56	830	562	1020	598	88	6,7

1.5 Сведения о параметрах объектов и их размещение в пределах площадки

Котлован:

Скважина № 3, глубина 2 м., ширина 3 м., длина 3 м.

Траншея:

Скважина №2, глубина 1,5 м., ширина 1 м., длина 100 м.

Водопонижение: до водоупора.



2. Аналитический блок

2.1 Геологические условия

Оценка рельефа.

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент полого-волнистой равнины в пределах абсолютных отметок от 31,4 до 36,8 м., с растущим оврагом и рекой, , iобщ=0,5.

2.Геолого-литографический разрез.

3.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. 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	100	97	92	85	27	15	2

Суммарная кривая гранулометрического состава

Определение действующего (d10) и контролирующего (d60) диаметров:

d10 = 0,0075 мм

d60 = 0,065 мм

Результаты гранулометрического анализа позволяют определить степень неоднородности грунта и некоторые его водные свойства - суффозионную устойчивость, коэффициент фильтрации, высоту капиллярного поднятия.

Степень неоднородности грунта:



Следовательно грунт - это песок глинистый, пылеватый, неоднородный, суффозионно устойчивый.

Средние значения высоты капиллярного поднятия, коэффициента фильтрации и радиуса влияния возьмем из таблицы средних значений, поскольку условия для использования эмпирических формул ( Си < 5; d10 >0,1 ) не выполнены.

Коэффициент фильтрации k = 0,5-1 м/сут

Радиус влияния R = 15-30 м

Высота капиллярного поднятия hk = 0,4-1,5 м

Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия hk (см):

е = 0,53 д.ед. - коэффициент пористости

С = 0,1 - эмпирический коэффициент

4.Геологическое строение площадки и выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ)

Выделение ИГЭ

№	Индекс	Наименование грунта	Показатель пористости е, д.ед.	Показатель текучести IL
1.	ml IV	Песок пылеватый, средней плотности	0,6-0,8	-
2.	p IV	Торф	-	-
3.	lg III	Суглинок ленточный, мягкопластичный	-	0,5-0,75
4.	lg III	Суглинок слоистый, тугопластичный	-	0,25-0,5
5.	lg III	Супесь слоистая, пластичная	-	0-1
6-.	gIII	Песок гравелистый, плотный	<0,55	-
7.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, полутвердый	-	0-0,25
8.	gIII	Суглинок с гравием, твердый	-	<0
9.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	-	0,25-0,5
10.	1	Глина голубая, полутвердая	-	0-0,25
11.	1	Глина голубая, твердая	-	<0

5.Глубина залегания коренных пород

1 - Глина голубая, полутвердая. Залегает ниже абсолютной отметки 25,1 м скважины № 2 ниже отметки 23,7 м скважины № 6.

1 - Глина голубая, твердая. Залегает ниже отметки 24,2 м скважины № 3,

6. Категория сложности инженерно-геологических условий

По СП 1-195-97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).

Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

2.2 Гидрогеологические условия

1.В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.

Тип водоносных горизонтов по условиям залегания - грунтовая вода.

Водовмещающие слои: песок пылеватый средней плотности, песок гравелистый плотный.

Водоупоры: суглинок ленточный, суглинок с гравием и галькой, глина голубая, суглинок слоистый, супесь слоистая.

Глубина залегания и мощность водоносных горизонтов:

Водоносный горизонт	№2	№3	№6
	Глубина залегания	Мощность	Глубина залегания	Мощность	Глубина залегания	Мощность
Песок пылеватый, средней плотности	1,2	0,3	3,1	2,4	2,2	0,8
Песок гравелистый, плотный	7,2	3,1	8,5	3	6,2	0,8

Величина напора для напорного водоносного горизонта Низб.= 5,2 м .

2.Карта гидроизогипс

По карте гидроизогипс вид грунтового потока плоский.

Величина гидравлического градиента:

Скважины № 1-2:

Скважины № 1-5:

Скорость грунтового потока (кажущаяся):

Скорость грунтового потока (действительная):

где n = 0,35 д. ед. - пористость водовмещающих пород.

3.Химический анализ грунтовых вод

Выражение результатов анализа в различных формах



Ионы	Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание	Эквивалентная масса
		мг·экв	(%-экв)
Катионы	Na+ Mg2+ Ca2+	830 56 192	36,1 4,7 9,6	71,6 9,3 19,0	23,0 12,0 20,0
Сумма катионов	1078	50,4	100%	-
Анионы	Cl- SO42- HCO3-	1020 562 598	29,1 11,7 9,8	57,5 23,1 19,4	35,0 48,0 61,0
Сумма анионов	2180	50,6	100%	-
Общая сумма	3258	101	-	-

Химическая формула воды

Вода солоноватая, хлоридно-натриевая. По результатам оценки качества воды можно сделать вывод, что эта вода сульфатно агрессивная, содержание сульфатов в пересчете на ионы SO4 больше 250 мг/л.

По гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности. Два горизонта подземных вод. Горизонт подземных вод обладает напором.

2.3 Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

Расчет котлована:

Исходные данные:

Скважина № 3

Глубина котлована hк = 2м

Размеры котлована 30 х 30 м

Тип выемки - несовершенный (т.к дно котлована не доходит до водоупора).

Характер потока вокруг выемки - радиальный, т.к 30/30=1 <10

Глубина залегания грунтовых вод d = 0,7 м

k=1м3/сут (коэфф. фильтрации грунта водоносного слоя)

Rтабл =30 м (радиус влияния водопонижения)

hwk=1,3 м, высота столба воды до водопонижения

hk= 2,5 м, высота капиллярного поднятия

S-величина водопонижения. Воду понижают до отметки ниже его дна.

1,5 hwk >S> hwk+ hk+05

1,95 м>S> 4,3 м

r0 - приведенный радиус «большого колодца», м

- радиус влияния «большого колодца», м

Rk = r0 + R = 16.93 + 30 = 46.93 м

hа1 = 1,69 м

hа2 = 0,39м

Расчет величины притока воды

м3/сут

м3/сут



Расчет траншеи:

Исходные данные:

Глубина траншеи hтр = 1,5 м

Длина траншеи l = 100 м

Тип выемки - совершенный (дно траншеи врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки - плоский

h1 =0.3м

S =0,3м

Глубина залегания грунтовых вод d =0,9 м

h2=0 м

Rтабл = 40м (радиус влияния водопонижения)

k=3м3/сут (коэфф. фильтрации грунта водоносного слоя)

Расчет притока воды:

м3/сут

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

Прогноз суффозионного выноса

Степень неоднородности грунта (песок глинистый, пылеватый, неоднородный, суффозионно устойчивы). Cu=8,67

Величина гидравлического градиента i при водопонижении в котловане:



в траншеи:

где S - разность напоров (отметок) водоносного слоя, м;

R - путь фильтрации, равный радиусу влияния, м;

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

График прогноза суффозионного выноса (по В.С. Истоминой):

I - область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II - область безопасных градиентов.

Точка с координатами (3,3;0,13 ) попадает в область II - область безопасных градиентов фильтрационного потока.

Точка с координатами (3,3; 0,02) также попадает в область II - область безопасных градиентов фильтрационного потока.

Таким образом, суффозионный вынос вблизи котлована и траншеи не предвидится.

Последствиями суффозионного выноса могут быть обрушение стенок котлована, проседание поверхности земли над трубопроводом и вблизи колодцев - за счет выноса тонких фракций грунта и его разуплотнения; изменение свойств песков, используемых для обратной засыпки траншей, пазух колодцев и дренажной сети - за счет вымывания тонких фракций (заиления), что может привести к изменению степени пучинистости грунта, выходу из строя дренажной системы и т.д.

Фильтрационный выпор в дне выемки

При водопонижении величина градиента i = 0,13 < 1, котлован несовершенный, значит, фильтрационного выпора не будет.

Прогноз оседания поверхности земли

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

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле:

Где:

= 26,5 кН/м3 - удельный вес твердых частиц грунта, (ps*10)

= 10 кН/м3 - удельный вес воды

n = 0,35 д.ед. - пористость

кН/м3 - удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м3

= 18,0 кН/м3 - удельный вес грунта, (p*10)

= - величина водопонижения,

Е = 12000 КПа - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Тогда:

Осадки грунта практически нет.

Схема поверхности земли при водопонижении

2.5 Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей

В случае, когда на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунта в основании котлована. Возможны три варианта:

- дно выработки устойчиво;

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

- прорыв напорных вод в котловане.

Pизб = w*Hw = 10*2 = 20 кН/м2

Pгр = *hгр = 18,0*1,9 = 34,2 кН/м2

Pизб = 20кН/м2 < Pгр = 34,2 кН/м2

Дно выработки устойчиво.В случае если установлена возможность прорыва дна котлована, для уменьшения избыточного напора применяют глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизливом).



Заключение

По СП 1-195-97 сделан вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

По геоморфологическим условиям площадка относится к II (средней категории сложности), так как поверхность наклонная, слабо расчлененная.

Инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности). Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине.

По гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности. Горизонт подземных вод обладает напором и содержит загрязнение. Имеется два водоносных горизонта. Тип водоносных горизонтов по условиям залегания - грунтовая вода.

При расчета оценки воздействия напорных вод на дно котлована было выявлено, что pизб<pгр, следовательнодно выработки устойчиво к прорыву. Для уменьшения избыточного напора применяют глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосами или выходит самоизливом).

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений, имеют ограниченное распространение и не оказывают существенного влияния на выбор проектных решений, строительство и эксплуатацию объектов.

К необходимым защитным мероприятиям можно отнести внимательный подбор состава цемента (для защиты от разрушения фундаментов зданий и сооружений грунтовыми водами).



Список использованной литературы

Зеленкова Н.И., Челнокова В.А. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства. СПб., 2003.

Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М., 2000.

Гавич И.К. и др. Сборник задач по общей гидрогеологии. М., 1985.

СП 1-195-97. Свод правил для инженерных изысканий в строительстве. М., 1998.

Размещено на Allbest.ru