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

Курсовая работа по теме:

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

1.1 Карта фактического материала

М 1:1000

Условные обозначения:

буровая скважина/изогипса с абсолютной абсолютная отметка устья отметкой граница котлована инженерно-геологический разрез

1.2 Геолого-литологические колонки опорных скважин

Скважина № 39

Н=2,6 м

Скважина № 42

Н=4,2 м

Скважина № 43

Н=4,8 м

Скважина № 40

Н=2,0 м

1.3 Сведения о гранулометрическом составе грунтов первого водоносного слоя

По данным гранулометрического анализа:

Скважина № 40 это супесь песчаная, с включениями гравия Скважина № 42 это супесь песчаная

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

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

— 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.

2.1 Определение пропущенных слоёв и их характеристика

Суммарная кривая гранулометрического состава Скважина № 40

Результаты гранулометрического анализа

Вспомогательная таблица полных остатков

По графику определим характеристики грунта:

Действующий диаметр d10=0,014 мм Контролирующий диаметр d60=0,199 мм Степень неоднородности

— песок неоднородный, суффозионно-неустойчивый Значение коэффициента фильтрации Т.к. Cu>5, и d10<0,1 то значение коэффициента фильтрации принимаем по таблице средних значений (табл. 8.2), оно лежит в интервале: k = 1−3 м/сут Значение высоты капиллярного поднятия лежит в интервале hk =40−150 см (по табл. 8.2).

Скважина № 42

Результаты гранулометрического анализа

Вспомогательная таблица полных остатков

По графику определим характеристики грунта:

Действующий диаметр d10=0,01 мм Контролирующий диаметр d60=0,144 мм Степень неоднородности

— песок неоднородный, суффозионно неустойчивый Значение коэффициента фильтрации Т.к. Cu>5, и d10<0,1 то значение коэффициента фильтрации принимаем по таблице средних значений (табл. 8.2), оно лежит в интервале: k = 1−3 м/сут Значение высоты капиллярного поднятия лежит в интервале hk =40−150 см (по табл. 8.2).

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

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 0,6 м 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

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта (см. Инженерно-геологический разрез):

1) Первый горизонт — горизонт грунтовых вод:

залегает на глубинах от 0,1 до 0,6 м (от дневной поверхности) и приурочен к комплексу обводненных пород (m-l) IV

водовмещающими являются песок мелкий, песок пылеватый и супесь пылеватая водоупором служат суглинки (2 слой комплекса lg III)

мощность горизонта колеблется от 0,1 до 0,2 м водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации от 1 до 3 м/сут

2) Второй горизонт — горизонт напорных межпластовых (артезианских) вод вскрыт в скважинах 42 и 40.

Скважина 42:

Водовмещающей породой является суглинок слоистый lgIII

верхний водоупор — песок пылеватый (m-l)IV

нижний водоупор — суглинок с гравием и галькой gIII

величина избыточного напора H=4,8 м Скважина 40:

Водовмещающей породой является суглинок слоистый lgIII

верхний водоупор — песок пылеватый (m-l)IV

нижний водоупорпесок крупный, плотный gIII

величина избыточного напора H=4,2 м По карте определим:

На участке преобладает плоский поток, направленный от гребня возвышенности к её подножиям.

Рассмотрим поток на восточном склоне Направление 43−40

величина гидравлического градиента

где ДН = 4,2 -1,9=2,3 мперепад отметок в соседних точках

l = 22,5 м — расстояние между этими точками кажущаяся скорость грунтового потока

м/сут

действительная скорость грунтового потока

м/сут где n — пористость водовмещающих пород Направление 43−45

величина гидравлического градиента

где ДН = 4,2−2,9 = 1,3 м — перепад отметок с в соседних точках

l = 23 м — расстояние между этими точками кажущаяся скорость грунтового потока

м/сут действительная скорость грунтового потока

м/сут где n — пористость водовмещающих пород Рассмотрим поток на западном склоне Направление 42 — 41

величина гидравлического градиента

где ДН = 4,1−1,6 =2,5 м — перепад отметок с в соседних точках

l = 25 м — расстояние между этими точками кажущаяся скорость грунтового потока

м/сут действительная скорость грунтового потока

м/сут где n — пористость водовмещающих пород

2.4 Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды по отношению к бетону

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

Rрадиус 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

Rрадиус 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 = 30 000 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).

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.