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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

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

Введение

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): 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

1.1 Карта фактического материала

Масштаб 1:2000

Условные обозначения

буровая скважина, абсолютная отметка устья

изогипса с абсолютной отметкой

1.2 Геолого-литологические колонки опорных скважин

Скважина №52

Н = 18,9 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	15,5	0	3,4	3,4		Супесь пылеватая, пластичная	17,0	17,2
g III	14,0	З, 4	4,9	1,5		Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный
D1	12,5	4,9	6,4	1,5		Глина красная, полутвердая
O1	10,9	6,4	8,0	1,6		Известняк трещиноватый

Скважина №53

Н = 19,7 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	16,5	0	3,2	3,2		Неизвестный слой	18,4 12,5	18,6 17,5
gIII	15,2	З, 2	4,5	1,3		Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный
O1	11,7	4,5	8,0	3,5		Известняк трещиноватый

Скважина №54

Н = 20,0 м

Геологический индекс	Отметка подошвы слоя	Глубина залегания слоя, м	Мощность слоя	Разрез	Описание пород	Уровни подземных вод с датой замера
		от	до				Появл.	Устан.
ml IV	16,0	0	4,0	4,0		Песок средней крупности, средней плотности, с глубины 0,8 м, водонасыщенный	19,0	19,2
gIII	14,0	4,0	6,0	2,0		Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный
O1	12,5	6,0	7,5	1,5		Известняк трещиноватый

1.3 Результаты гранулометрического анализа грунтов первого водоносного слоя

Номер участка	Номер скважины	Галька >100	Гравий 10-2	Песчаные	Пылеватые	Глинистые
				2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005
7	53	-	1	33	39	17	7	3	-	-

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

Номер скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2CB	pH
	мг/л
53	50	21	41	195	54	55	69	6,0

1.5 Сведения о физико-механических свойствах грунтов

геологический опорный скважина водопонижение

Грунт	Индекс слоя	Плотность, т/м3	Число пластичности IP, д. ед.	Показатели пористости, д. ед.	Модуль де - формации Е, МПа	Содержание ОВ*, %	Степень разложения торфа D, %
		сs	с		n	e
Песок средней крупности	ml IV	2,65	1,65	-	0,40	0,66	23-35	-	-
Супесь пылеватая с растительными остатками	ml IV	2,62	1,85	0,06	0,60	1,50	7-15	7,5	-
Суглинок с гравием, галькой	gIII	2,70	2,15	0,14	0,31	0,45	20-30	-	-

ОВ* - органическое вещество

Плотность грунта с, т/м³ - отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами.

Плотность минеральной части грунта с_s, т/м³ - отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор.

Число пластичности I_p, д. ед. - разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. W_L и W_p определяют по ГОСТ 5180.

Показатель пористости n, д. ед. - отношение объема пор к полному объему образца грунта.

Показатель пористости е, д. ед. - отношение объема пор в образце грунта к объему, занимаемому его твердыми частицами - скелетом.

Модуль общей деформации Е, МПа - характеристика деформируемости грунта.

Степень разложения торфа D, % - характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650.

2. Аналитический блок

2.1 Характеристика рельефа площадки

Территория рассматриваемого участка представляет собой фрагмент пологоволнистой равнины в пределах абсолютных отметок от 18,1 до 20,0 м.

2.2 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 средней крупности. 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	99	66	27	10	3	0	0

Суммарная кривая гранулометрического состава

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

d₁₀ = 0,1 мм

d₆₀ = 0,45 мм

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

Степень неоднородности грунта:

Так как , то грунт неизвестного слоя - это песок средней крупности неоднородный, суффозионно устойчивый.

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

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

Радиус влияния R = 75 м

Высота капиллярного поднятия h_k = 0,25 м

Определим ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия h_k (см):

е = 0,66 д.ед. - коэффициент пористости

С = 0,1 - эмпирический коэффициент

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

Выделение ИГЭ

№	Индекс	Наименование грунта	Показатель пористости е, д.ед.	Число пластичности IP, д.ед.	Показатель текучести IL
1.	ml IV	Супесь пылеватая, пластичная	1,50	0,06	0-1
2.	ml IV	Песок средней крупности, средней плотности	0,55-0,7	-	-
3.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	0,45	0,07-0,17	0,25-0,50
4.	gIII	Суглинок с гравием, галькой, мягкопластичный	0,45	0,07-0,17	0,50-0,75
5.	D1	Глина красная, полутведая	-	>0,17	0-0,25
6.	O1	Известняк трещиноватый	-	-	-

Глубина залегания коренных пород:

D₁ - глина красная, полутвердая. Залегает в пределах абсолютных отметок 12,5 - 14,0 м скважины №52. Уклон кровли i = 0,02.

O₁ - известняк трещиноватый. Залегает ниже абсолютной отметки 12,5 м скважины №52, ниже отметки 15,2 м скважины №53, ниже отметки 14,0 м скважины №54. Уклоны кровли i = 0,05 и i = 0,019.

По СП 11-105-97 инженерно-геологические условия средней сложности (II категория сложности).

Имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием (D₁). Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты (известняк трещиноватый) имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

2.4 Гидрогеологическое строение площадки

В пределах площадки буровыми скважинами вскрыты два водоносных горизонта.

Первый от поверхности горизонт грунтовых вод залегает на глубинах от 1,0 м (скважина №54) до 1,9 м (скважина №52). Водовмещающими породами являются супесь пылеватая, пластичная и песок средней крупности, водоупором служит суглинок с гравием, галькой, мощность горизонта колеблется от 3,2 (скважина №53) до 4,0 м (скважина №54).

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации от 10 до 30 м/сутки.

Второй горизонт напорных межпластовых (артезианских) вод вскрыт в скважине №53. Водоносный слой залегает на глубинах от 4,5 (скважина №53) до 6,4 м (скажина №52). Водовмещающей породой является известняк трещиноватый, верхний водоупор - суглинок с гравием, галькой и глина красная, полутвердая, величина избыточного напора 3,0 м.

По карте гидроизогипс направление потока - с ю-в на с-з, в западной части участка поток плоский, при движении на восток характер потока меняется на радиальный (расходящийся).

Величина гидравлического градиента:

Скважины №53-52

Скважины №53-50

Скважины №53-48

Скорость грунтового потока (кажущаяся):

Примем коэффициент фильтрации k = 20 м/сут.

Скорость грунтового потока (действительная):

,

где n = 0,4 д. ед. - пористость водовмещающих пород (песок средней крупности).

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

Выражение результатов анализа в различных формах

Ионы	Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание	Эквивалентная масса
		мг·экв	(%-экв)
Катионы	Na+ Mg2+ Ca2+	41 21 50	1,78 1,75 2,5	30 29 41	23,0 12,0 20,0
Сумма катионов	112	6,03	100%	-
Анионы	Cl- SO42- HCO3-	54 195 55	1,54 4,06 0,9	24 62 14	35,0 48,0 61,0
Сумма анионов	304	6,5	100%	-
Общая сумма	416	12,53

Химическая формула воды

?

Вода пресная, сульфато-кальциево-натриево-магниевая, агрессивная по водородному показателю и бикарбонатной щелочности (по данным таблицы).

Оценка качества воды по отношению к бетону

Показатель агрессивности среды (воды)	Для сильно- и средне фильтрующихся грунтов К ? 0,1 м/сут	Для слабофильтрующихся грунтов К ? 0,1 м/сут
Бикарбонатная щелочность HCO3-, мг/л	> 85,4	Не нормируется
Водородный показатель рН	> 6,5	> 5
Содержание магнезиальных солей в пересчете Mg2+-, мг/л	? 1000	? 2000
Содержание едких щелочей в пересчете на ионы К+ и Na+, мг/л	? 50 (для напорных сооружений)	? 80
Содержание сульфатов в пересчете на ионы SO42-, мг/л	< 250	< 300

В качестве методов защиты сооружений от коррозии рекомендуется использовать пуццолановый цемент.

По СП 11-105-97 по гидрогеологическим факторам участок имеет II категорию сложности.

Имеется два выдержанных горизонта подземных вод, обладающих напором и содержащих загрязнение.

3. Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении

3.1 Расчет притока воды к совершенным выработкам (котлован)

Исходные данные:

Скважина №53

Глубина котлована h_к = 3 м

Размеры котлована 20 х 20 м

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

Характер потока вокруг выемки - радиальный

Глубина залегания грунтовых вод d = 1,1 м

WL - поверхность водоносного горизонта;

NL - природная поверхность;

DL - отметка дна траншеи;

BL - отметка поверхности водоупорного слоя;

AL - нижняя граница активной зоны;

Схема водопритока к котловану

(м)

(м)

(м); где 3,0 м - глубина котлована.

(м)

(м)

(м) (1,5*1,9>2,75>1,9+0,25+0,5)

(м)

(м)

(м)

H₁ - мощность водоносного горизонта (H₁ = S = 2,75 м)

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

R - радиус влияния водопонижения, м

м.

R_табл = 75 м

r₀ - приведенный радиус «большого колодца», м

м.

- радиус влияния «большого колодца», м

м

м

Расчет притока воды:

3.2 Расчёт притока воды к несовершенным выработкам (траншея)

Исходные данные:

Скважина №54

Глубина траншеи h_тр = 4 м

Длина траншеи l = 150 м

Тип выемки - совершенный (дно траншеи врезается в водоупор)

Характер потока вокруг выемки - плоский

Глубина залегания грунтовых вод d = 0,8 м

WL - поверхность водоносного горизонта;

NL - природная поверхность;

DL - отметка дна траншеи;

BL - отметка поверхности водоупорного слоя;

Схема водопритока к траншеи

(м)

(м)

(м); где 4 м - глубина траншеи.

(м)

(м)

(м)

h = 2,3 м

Водопонижение S = 2, 0 м

Коэффициент фильтрации k = 20 м/сут

R - радиус влияния водопонижения, м

R_табл = 75 м

R_нач = м

Расчет притока воды:

4. Прогноз последствий водопонижения

4.1 Прогноз суффозионного выноса

Степень неоднородности грунта (песок средней крупности неоднородный, суффозионно устойчивый)

Величина гидравлического градиента i при водопонижении

в котловане

в траншее

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

R = l - путь фильтрации, равный радиусу влияния, м (максимальное значение);

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

Полученные точки попадают в область графика II - область безопасных градиентов - следовательно суффозионного выноса нет.

4.2 Фильтрационный выпор в дне выемки

Так как величина градиента i ? 1, то фильтрационного выпора нет.

4.3 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 средней крупности).

Предварительный расчет осадки территории можно произвести по формуле

,

где кН/м³

= 16,5 кН/м³ - удельный вес грунта,

- удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м³

кН/м³

= 26,5 кН/м³ - удельный вес твердых частиц грунта,

= 10 кН/м³ - удельный вес воды,

n = 0,4 д.ед. - пористость

= 2,75 м - величина водопонижения,

Е = 25000-35000 кПа - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Тогда:



Осадки грунта практически нет.

4.4 Прогноз воздействия напорных вод на дно траншеи

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

- дно выработки устойчиво;

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

- прорыв напорных вод в котлован.

кПа

кПа

P_изб = 49кПа < P_гр =31 кПа следовательно дно выемки не устойчиво.



Заключение

По СП 11-105-97 сделаем вывод о категории сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

По геоморфологическим условиям площадка относится к I (простой) категории сложности, так как находится в пределах оного геоморфологического элемента.

По геологическим условиям в сфере взаимодействия здания и сооружения с геологической средой участок имеет II (средняя сложность) категории сложности, так как имеется не более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно и с вклиниванием (D₁). Мощность изменяется закономерно. Свойства грунтов существенно изменяются в плане и по глубине. Скальные грунты (известняк трещиноватый) имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.

По гидрогеологическим факторам в сфере взаимодействия здания и сооружения с геологической средой участок имеет II категорию сложности, так как имеется два выдержанных горизонта подземных вод, обладающих напором и содержащих загрязнение.

По специфическим грунтам в сфере взаимодействия здания и сооружения с геологической средой участок имеет II категорию сложности, так как имеет ограниченное или не оказывают существенное влияние на выбор проектных решений.

По техногенным воздействиям и изменениям освоенных территорий площадка относится к III категории сложности, так как они оказывают существенное влияние на выбор проектных решений и осложняют производство инженерно-геологических изысканий в части увеличения их состава и объема работ. К ним относится суффозионный вынос и прорыв дна котлована напорными водами.

К необходимым защитным мероприятиям можно отнести внимательный подбор состава цемента (для защиты от разрушения фундаментов зданий и сооружений грунтовыми водами) и тщательный контроль за производством инженерно-геологических изысканий и строительных работ в условиях суффозионного выпора и возможного прорыва дна котлована напорными грунтовыми водами.

Список использованной литературы

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

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

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru