3. Гидрогеологические расчеты

ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ

Исходные данные:

Скважина № 17

Глубина котлована до водоупора

Размер котлована 25х26 м

Тип выемки – совершенный (дно котлована врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки – радиальный (т.к. l/b=26/25=1,04 < 10)

H₁– мощность водоносного горизонта (Н₁=S=2,8 м)

Коэффициент фильтрации k=30м/сут

Радиус влияния водопонижения рассчитывается по эмпирической формуле:

R = 2Shk , (7)

R = 2  2,8 2,830 = 51,3 м.

Значение – заниженное.

Табличное значение R=70-80м, для расчета принимаем меньшее значение.

R=51.3м

r₀– приведенный радиус «большого колодца», м

- радиус влияния «большого колодца», м

Расчет притока воды:

3.2. Расчёт притока воды к несовершенным выработкам (траншея)

Исходные данные:

Скважина № 16

Глубина траншеи на 0,5 м ниже УГВ

Длина траншеи l= 120 м

Ширина траншеи b=1,2 м

Тип выемки – несовершенный (дно траншеи не доходит до водоупора)

Характер потока вокруг выемки – плоский (т.к. l/b=120/1,2=100 >10)

Водопонижение: S= 0,5x0,5= 0,25 м

h_wk- высота столба воды в траншее до водопонижения, м

h_wk= 0,5 м

H_A1– мощность водоносного горизонта до водопонижения, м

H_A1= 1,7·h_wk = 1,7 · 0,5 = 0,85 м

H_A2– мощность водоносного горизонта после водопонижения, м

H_A2=H_A1–S= 0,85– 0,25 = 0,6 м

Коэффициент фильтрации k= 20 м/сут

R– радиус влияния водопонижения, м

R_табл= 100-120 м

Принимаем R=1,58 м, т.к. 1,58 м < 100-120 м.

Расчет притока воды:

Рисунок 5. Схема притока к совершенной траншее.

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

4.1 Прогноз суффозионного выноса

Возможность развития суффозии определяется по графику Истоминой.

Рисунок 6. График для оценки развития суффозии (по В.С.Истоминой):

I– область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II– область безопасных градиентов

Степень неоднородности грунта С_u= 9,6

Величина гидравлического градиента iпри водопонижении

в котловане

i= 2,8/(0,3350) = 0,169,

в траншее

i= 0,25/(0,33120) = 0,006

где S– разность напоров (отметок) водоносного слоя;

R– путь фильтрации, равный наибольшему значению радиуса влияния, м;

Принимаем максимальное табличное значение R= 120м иR=50м.

Точки с координатами (9,6; 0,169) и (9,6; 0,006) попадают в область II– область безопасных градиентов фильтрационного потока. Таким образом, суффозионного выноса не предвидится.

2. Фильтрационный выпор в дне выемки (для траншеи)

При водопонижении, величина градиента i= 0,006 < 1, в дне несовершенной траншеи невозможен фильтрационный выпор.

2. Прогноз оседания земной поверхности при снижении уровня грунтовых вод (для котлована)

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 S_w– величина водопонижения, принимаемS_w=S= 3,1м;

Е – модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки,

принимаем Е= 15 000 кПа;

18,5 – 6,48=12,02 кН/м³

= 18,5 кН/м³– удельный вес грунта

- удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м³

= (26,2 – 10)(1-0,6)= 6,48 кН/м³

= 26,2 кН/м³– удельный вес твердых частиц грунта

= 10 кН/м³– удельный вес воды

n= 0,6 д.ед. – пористость

Тогда:

_{Осадки грунта практически нет.}

_{Рисунок 6. Схема оседания поверхности земли при водопонижении:}

_{А – зона аэрации до водопонижения, Б – зона полного водопонижения,}

_{В – зона «осушенного» грунта.}

_{5. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПОРНЫХ ВОД НА ДНО КОТЛОВАНА (ТРАНШЕИ)}

При высоком давлении напорных вод возможен подъем дна котлована за счет разуплотнения грунта в его основании или прорыв напорных вод в котлован (рис.7). Проверим, возможны ли данные явления на участке. Для этого вычислим значения избыточного давления и давления грунта и сравним их.

Давление напорных вод рассчитывается по формуле:

р_изб = γ_wH_w ,

где H_w – разность высот между уровнем появления воды и уровнем установившейся воды,.

γ_w – удельный вес воды, кН/м³.

Давление грунта рассчитаем по формуле:

р_гр = γh_{гр ,}

где γ – удельный вес грунта,16.5 кН/м³; (суглинок ленточный)

h_гр – высота слоя грунта между водоносным слоем и дном котлована.

Высоту грунта можно определить как разность глубины залегания водоносного слоя и глубины котлована. В данном случае:

h_гр = 10,3 – 3,1 = 7,2 м.

р_гр = 16,57,2 = 118,8 кПа

H_w = 16,0 – 10,3 = 5,7 м.

р_изб = 105,7 = 57 кПа

Т.к. р_изб<р_гр , то произойдёт прорыв напорных вод в котлован

Рисунок 7. Схема воздействия напорных вод на дно котлована

Для уменьшения избыточного напора необходимо применить глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скважин (вода откачивается насосом или выходит самоизливом). Также можно увеличить мощность грунта, над напорными водами, что увеличит р_гр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Участок представляет собой долину, имеющую небольшой уклон на северо-запад. Абсолютные отметки поверхности от 13,8м (скваженна 15) до 17,0м (скваженна 17) , ). Колебание высот на участке 2,4м. Уклон вдоль скважин 17-16 составляет 0,036, вдоль скважин 16-15 составляет 0,015. Уклон I = 0,016.

Слои залегают наклонно, мощность их изменяется закономерно.

Слои песка являются водоносными, а слой суглинка – водоупорным. В результате чего на участке имеется один тип подземных вод: напорные.

В ходе курсовой работы была изучена данная строительная площадка, с точки зрения инженерно-геологических изысканий. Был построен инженерно-геологический разрез, по которому были выявлены особенности геологического строения данной территории, а именно: количество ИГЭ, особенности их залегания, определить количество водоносных слоев, глубину их залегания, водоупоры и водовмещающие породы. Также на основании данных курсовой работы была построена карта гидроизигипс зеркала грунтовых вод, которая позволила определить направления потока грунтовых вод, а также участки возможного подтопления в процессе эксплуатации территории и заглубленных конструкций. Был проанализирован химический состав грунтовых вод, по которому была дана оценка их агрессивности по отношению к бетону т.к рН >5,7 , что позволит выбрать марку бетона, применимую для строительства сооружений на данном участке. Был дан прогноз притока воды к котловану (совершенному) и к траншее (несовершенной), которые располагаются на данной территории. Были получены величины притоков воды при водопонижении в начале и конце откачки, позволяющие определить мощность насосов для откачки воды из котлована. Следом был дан прогноз последствий водопонижения. Как показал прогноз развития суффозионного процесса, все точки для наших выработок попадают в зону безопасных градиентов на графике Истоминой, из чего можем сделать выводы о том, что стенки выработки не будут обрушаться при водопонижении за счет выноса тонких фракций грунта. Расчет оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод, показал что размер осадки близок к нулю и существенных коррективов в проектирование и монтаж строительных конструкций он не внесет.

ЛИТЕРАТУРА

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

2. Гавич И.К. и др. Сборник задач по общей геологии. – М., 1985.

3. Руководство по производству и приемке работ при установке оснований и фундаментов. – М., 1977.

4. Солодухин А.М., Архангельский И.В. Справочник техника-геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологическим работам. – М., 1982.

5. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства: основные положения. М., 1997.

6. СП 11-105-97. Свод правил для инженерных изысканий в строительстве. – М., 1998.

7. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. – М., 1986.

1