Осушение строительного котлована

18

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Нижегородский Государственный Архитектурно

Строительный Университет

Кафедра гидравлики

Курсовая работа

Осушение строительного котлована

Н Новгород-2011

Содержание

Цель работы

Бланк задания

1. Выбор способа водопонижения

2. Фильтрационный расчет

2.1 Построение кривой депрессии

2.2 Расчет притока воды в котлован

3. Расчет водосборной системы

3.1 Конструирование водосбора внутри котлована

3.2 Выбор конструкции зумпфа

4. Подбор насосной установки

4.1 Расчет системы всасывающей и напорной сети

4.2 Подбор марки насоса

5. Расчет ливневого коллектора

Литература

Цель работы

Технология строительного производства на вновь строящихся или реконструируемых объектах при выполнении земляных, подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических условиях следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Этот комплекс вспомогательных работ должен исключать нарушение природных свойств грунтов в основаниях возводимых сооружений и обеспечивать устойчивость откосов устраиваемых в земляной выемке.

В соответствии с индивидуальным заданием необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы указанной на рисунке.

Бланк задания

Характеристики строительного объекта	Материалы инженерно-геологических изысканий
Отметка верха строитель-ного котлована	Глубина строитель-ного котлована	Размеры котлована по дну	Грунты	Отметки
		Ширина	Длина	Водопро-ницаемый	Водоупор	Грунто-вых вод	Водоупора
Zв, м	Нк, м	В, м	L, м	песок средн. Зерн.	глина	Zг,м	Zву,м
68,00	5,0	40	60			67,50	60,00

1. Выбор способа водопонижения

В соответствии с пунктом 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Согласно таблице 41.4(Справочник монтажника) в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др.

Открытый водоотлив

Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначительном притоке подземных вод в водо-насыщенных скальных, обломочных или галечных грунтах. При открытом водоотливе широко применяются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют следующим способом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается с помощью насосов. По мере разработки котлована приямки постепенно заглубляются вместе с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не должна покрывать дно котлована.

В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях зданий и сооружений. Здесь целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ)

Используют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песчаных грунтах. При этом способе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована обычно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров производят с помощью вихревого насоса через всасывающий коллектор. При этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к понижению уровня грунтовых вод в будущем котловане или траншее.

Для понижения УГВ свыше 5м применяют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, как правило, расширения котлована и увеличения земляных работ.

Понижение УГВ эжекторными иглофильтрами

Для водопонижения в грунтах с большим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от разрабатываемой выемки используют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4 и ЭИ-6, состоящие из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного коллектора и центробежных насосов. Эжекторные установки позволяют понижать уровень грунтовых вод до 25м.

Понижение УГВ с электроосмосом

В пылевато-глинистых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации менее 2м/сут, искусственное водопонижение осуществляют с помощью электроосмоса в сочетании с иглофильтром. Его выполняют в такой последовательности. По периметру котлована с интервалом 1,5…2м располагают иглофильтры, а между ними (в шахматном порядке относительно иглофильтров) по бровке котлована забивают металлические стержни из арматуры или труб небольшого диаметра. Эти стержни подсоединяют к положительному полюсу источника постоянного тока напряжением 40…60 В, а иглофильтры - отрицательному. Под действием тока рыхлосвязанная поровая вода переходит в свободную и, перемещаясь от анода к катоду (иглофильтру), откачивается, в результате уровень грунтовых вод понижается. При этом способе водопонижения расход электроэнергии составляет 5…40 кВт/ч на1 м3.

В связи с тем что стоимость искусственного водопонижения находится в прямой зависимости от продолжительности работы откачивающих машин, добиться сокращения затрат можно при максимальном сокращении сроков строительства.

2. Фильтрационный расчет

2.1 Построение кривой депрессии

1. Глубина строительного котлована

Н=5м

2. Вычисляем радиус влияния. Радиус влияния зависит от рода грунта и его можно определить по ряду зависимостей:

а) R=3000S(Кф0,5) (1)

б) по данным инженерно-геологичесих изысканий

принимаем по таблице [2] R=300м

3. Водоупор или подстилающий слой - грунт коэффициент фильтрации (Кф) которого в 10 или более раз меньше коэффициента фильтрации (Кф) водопроницаемого грунта.

В расчете принимается нулевой уклон подстилающего слоя i=0.

4. Строим кривую депрессии

Кривая депрессии АВ - линия свободной поверхности грунтовых вод.

Для построения линии АВ:

а) Определяем вспомогательную величину h

h=mH2/R=2*(5,0)2/300=0,167 м (2)

где m=2 - заложение откоса строительного котлована, задается в зависимости

от грунта ;

Н - глубина строительного котлована;

R - радиус влияния.

б) Определяем высоту зоны высачивания по формуле

hвыс=h(1-0,3(T/H)1/3)=0,167*(1-0,3*(3,0/5,0)1/3)=0,1245м (3)

где Т=Zд-Zву=3,0м - расстояние между дном котлована и водоупором

в) Определяем форму кривой депрессии АВ для сориентированного по координатным осям чертежа

y2=S2-(S2-H12)/(R-mhвыс)*x (4)

где S =7,5м- расстояние между УГВ и уровнем водоупора

Н1 - расстояние между точкой высачивания и уровнем водоупора

Н1 =Т+ hвыс=3,0+0,1245=3,1245м

y2=(7,5)2-((7,5)2-(3,12)2)/(300-2*0,12)*x=56,25-0,155x

Расчет сводим в таблицу (Табл.1)

x	0	50	100	150	200	250	300
y2	56,25	48,5	40,75	33	25,25	17,5	9,75
y	7,5	6,964194	6,383573	5,744563	5,024938	4,1833	3,122499

Табл.1

2.2 Определение притока воды в котлован

Определяем величину расхода (притока) фильтрационных вод на один погонный метр периметра дна котлована. Принимаем Кф=20 м/сут=0,00023 м/с

q- удельный фильтрационный расход по уравнению Дюпюи

q=Kф*(S2-H12)/(2L)=0,00023*((7,5)2-(3,12)2)/(2*299,75)= 1,78*10-5 м2/с

=1,54м2/сут (5)

где L=R- m* hвыс=300-2*0,125=299,75м (6)

Определяем общий фильтрационный расход

Qф=q(2В+2L)= 1,54(2*40+2*60)=308 м3/сут=0,0036 м3/с (7)

где (2В+2L) - фронт сбора фильтрационных вод( периметр дна котлована)

Учитываем инфильтрационный (ливневой) приток

Qинф=5Qф=5*308 м3/сут= 1540 м3/сут =0,0178 м3/с (8)

(СниП «Климатология и геофизика»)

Определяем общий расход

Qпр=Qинф+Qф=308+1540=1848 м3/сут=0,0214 м3/с (9)

3. Расчет водосборной системы

Назначение системы: собрать фильтрат и отвести в зумпф, оттуда затем откачать с помощью насоса.

Рассматриваем открытый водоотлив лотковой конструкции

3.1 Конструирование водосбора внутри котлована

По периметру дна котлована прокладывается два открытых канала, каждый из которых имеет протяженность L+В. Система рассредоточено по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрационный поток с расходом Qрасч

Qрасч=1/2 Qпр (10)

Qрасч=1/2*0,0214=0,0107 м3/с

В расчете условно принимается, что весь расход сосредоточено приходит в начало каждого канала/

Общие рекомендации по проектированию

1. Ширина лотка по дну не менее 30 см (ширина лопаты)

2. Уклон i=0,001ё0,005

Проектирование

Расчетные формулы:

v = C (11)

Q = Qрасчетн= Сw (12)

(13)

(14)

w= b*h (15)

где: v - средняя скорость потока, м/с

С - коэффициент Шези

R - гидравлический радиус, м

w - площадь живого сечения, м2

- смоченный периметр, м

i=0,001 - уклон дна канала

n - коэффициент шероховатости (принимаем n = 0,025 -земляной канал)

h - высота сечения, м

b =2h- ширина сечения, м

Найдем зависимость Q=f(h) для гидравлически наивыгоднейшего сечения (ГНС) лотка (Табл.2)

h, м	???м2	???м	R, м	С	Q, м3/с
0,1	0,02	0,4	0,05	24,27849	0,003433
0,11	0,0242	0,44	0,055	24,66723	0,004427
0,12	0,0288	0,48	0,06	25,02756	0,005583
0,13	0,0338	0,52	0,065	25,36368	0,006912
0,14	0,0392	0,56	0,07	25,67889	0,008422
0,15	0,045	0,6	0,075	25,97588	0,010123
0,1532	0,04694	0,6128	0,0766	26,06742	0,010709
0,154	0,047432	0,616	0,077	26,09006	0,010859
0,16	0,0512	0,64	0,08	26,25679	0,012024

Табл.2

Строим график Q=f(h)

Выбираем соответственно расходу h=0,1532 м

b=2*h=2*0,1532=0,3062м>0,30 м

Следовательно принимаем сечение 0,15x0,30 м

h2=0,045м2

Проверяем канал на заиляемость, для этого определяем

Vдейств=Qрасч/,237?м/с (16)

Vmin=0,2<Vдейств<Vmax=0,6 следовательно не будет заиления и размывания.

Развертка по трассе от истока до зумпфа

3.2 Выбор конструкции зумпфа

Местоположение выбирается таким образом, что бы водоотводящие каналы выполняли свои функции.

Вместимость зумпфа принимается больше чем Q притока за 5 минут

Wзум=Qпрt=0,0214*300=6,42 м3 (17)

Исходя из практики строительного производства для данного котлована, принимается зумпф геометрической формы:

- деревянный (параллелепипед) колодец

- ж.б. труба

Принимаем в зумпф квадратного сечения с размерами a=1,79м; a=1,79м; и высотой h=2м.

4.Расчет насосной установки

Назначение

Насос обеспечивает перекачку собранного фильтрата в приемник удаляемой воды:

а) в черте населенного пункта - ливневые канализационные сети

б) в окрестной местности - близлежащие водоемы, овраги.

Общие рекомендации к расчету

1. Остановка насоса при достижении минимального уровня воды в зумпфе и пуск ее в момент достижения максимального наполнения зумпфа должна производится по сигналу датчика уровня;

2. По СНиПу обязательно назначается на 1ё2 рабочих насоса 1 резервный;

Подача насоса должна быть несколько больше притока воды (примерно в 1,5 раза больше);

3. Напор насоса должен обеспечивать перекачку воды, т.е. Ннас> Нрасч;

4. При выборе погружного насоса ГНОМ необходимо учитывать его размеры.

4.1 Расчет системы всасывающей и напорной сети

Предпосылки

а) Скорость во всасывающем и напорном трубопроводе в первом приближении принимается равной 1м/с;

б) На практике, обычно диаметр всасывающего трубопровода больше диаметра напорного, поэтому скорость во всасывающей линии около 0,7м/с, а в напор ной около 1м/с;

в) Всасывающая линия рассчитывается с учетом потерь в местных сопротивлениях (короткий трубопровод);

г) Напорная линия рассчитывается как простой трубопровод без учета местных потерь

Расчет

1. Определяется диаметр напорного трубопровода из уравнения неразрывности потока, принимая скорость в нем 1м/с

d= 4Qпр/(?*V) = 4*0,0214/(3,14*1)=0,165 м (18)

По таблице [1] принимается стандартный диаметр dст=200мм

2. Для выбранного стандартного диаметра по (18) уточняем скорость в трубопроводе - фактическая скорость Vф

Vф=0,68м/с

3. Определяются потери напора по длине по формуле Дарси-Вейсбаха

(19)

где l - коэффициент гидравлического трения ( коэффициент Дарси), для грубых расчетов можно принять равным 0,03-0,04

l=lнап - длина трубы, отводящей фильтрат, т.е. расстояние от оси насоса до оси ливневого коллектора, принимается в курсовой работе равной 200м

g- ускорение свободного падения , м/с2

4. Строится пьезометрическая линия р-р (Рисунок ), для чего назначается величина свободного напора Нсв=5ё10м (Из опыта строительного производства - так называемый запас).

Всасывающая линия

Для определения напора и фактического вакуума надо знать гидравлические потери на всасывающей линии, которые определяются по формуле Вейсбаха:

(20)

Где xi - коэффициент местных потерь

xcетки=3,7 hcетки= 0,087м

xклапана=0,15 hклапана=0,0035м

xповорота=0,55 hповорота=0,0129м

Рассчитываются линейные потери определяются в горизонтальной и вертикальной части всасывающей линии по формуле Дарси-Вейсбаха (19).

а) рассчитывается отдельно для вертикального участка

где - lв = hнаc - определяется из геометрии расчетной схемы (сумма глубины котлована, глубины зумпфа и расстояние от верха котлована до оси насоса).

lв =5,0+2,0-0,7+0,5=6,8м

(21)

б) рассчитывается отдельно для горизонтального участка

где - lг - определяется из геометрии расчетной схемы (длина наклонного участка и расстояние от бровки до оси насоса)

lг=5*2+0,5*0,2+0,5=10,6м

(22)

Строится напорная Е-Е и пьезометрическая р-р линии .

4.2 Подбор марки насоса

Насос назначается из трех характеристик:

- производительность Qнас

- напор Н

- вакуум Нвак

Причем :

Qнасі1,5 Qпр1,50,02140,0321м3

(23)

Н= Нман+ Hвак

где - hf= hcетки+hклапана+hповорота+hlв+ hlг

Hман=Hсв+hl=5,0+0,825=5,825м

H=12,82м

Приводятся характеристики насоса ЭВЦ 5-6,3-80:

- подача

- напор

- вакуум

- мощность

- изготовитель

5. Расчет ливневого коллектора

Назначение

Ливневой коллектор служит для транспортировки отводящихся вод в очистные сооружения

Теоретические предпосылки

Ливневые коллекторы выполняются в виде каналов замкнутого поперечного профиля.

Гидравлический расчет в условиях безнапорного равномерного движения выполняется по формуле Шези

(24)

(25)

При расчёте канализационного коллектора используется метод расчёта по модулю расхода, для этого необходимо определить расходы и скорости для различных степеней наполнения коллектора, как некоторой части от расхода и скорости, соответствующей его полному наполнению.

(26)

(27)

Где - В и А коэффициенты зависящие от формы поперечного профиля и степени наполнения канала(a), определяются по графику «Рыбка» [1].

(28)

Wп и Kп модули скорости и расхода при полном наполнении коллектора [1,5].

Расчет выполняется с учетом некоторых замечаний:

- в практике строительного производства обычно принимают степень наполнения равную а=0,7;

- коэффициент шероховатости канализационных труб n принимают равным n=0,013;

- уклон коллектора принимается в пределах i=0,001.

Расчет

1. С графика «Рыбка» [1] снимается значение А для заданной степени наполнения а=0,7

А=0,85

2.Из формулы (27) определяется модуль расхода

3.Из таблицы [1] подбирается ближайший диаметр d=100мм по высчитанному Кп и соответствующие табличные данные КПТ=0,051м3/с и WПТ=6,59м/с.

4.Уточняется истинное значение наполнения коллектора

5.По графику «Рыбка» для вычисленного по (27) значению А определяется степень наполнения а=0,575 , этому наполнению соответствует В=1,07

6.Глубина равномерного движения находится из формулы (28)

7. Скорость движения определяется по формуле (26)

котлован коллектор сеть

Литература

1. Козин В. Н. Расчет каналов имеющих замкнутый поперечный профиль в условиях безнапорного течения. - Горький.: ГИСИ, 1984.

2. Курганов А. М., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. - Л.: Стройиздат, 1986.

3. СниП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты»

4. Справочник монтажника. Монтаж систем внешнего водоснабжения и канализации./Под ред. А. К. Перешивкина. - М.: Стройиздат, 1978.

1. Размещено на www.allbest.ru