Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

Кафедра геотехники

Курсовая работа

Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства

Санкт-Петербург, 2015



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. литологический гранулометрический грунт рельеф

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 деформационных 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

Номер скв., абсол. отм. Устья	Номер слоя	Индекс слоя	Полевое описание пород	Отм. подошвы слоя	Отм. уровней подземных вод
40 2,0	1	ml IV	См. табл.	-1,0	1,8 1,9 -2,4 1,8
	2	lg III	Суглинок слоистый, тугопластичный	-2,2
	3	g III	Песок крупный, плотный, водонасыщенный	-6,5
	4	g III	Суглинок с гравием , галькой, полутвердый	-7,2
46 4,2	1	ml IV	Песок пылеватый, рыхлый, с глубины 0,9 м водонасыщенный	0,2	2,5 2,6 -1,3 -3,5
	2	lg III	Суглинок слоистый, тугопластичный	-2,2
	3	g III	Супесь с гравием, пластичная	-5,5
	4	g III	Глина с гравием, твердая	-7,0
45 3,8	1	ml IV	Песок пылеватый, рыхлый, с глубины 0,9 м - водонасыщенный	2,0	2,8 2,9
	2	ml IV	Супесь пылеватая, пластичная	-0,2
	3	lg III	Суглинок слоистый, тугопластичный	-2,4
	4	g III	Супесь с гравием, пластичная	-5,2
		g III	Суглинок с гравием, галькой, полутвердый	-6,2

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
6	40	_	8	11	15	26	23	8	4	5

1.4 Результаты химического анализа грунтовых вод

Номер скважины	Ca	Mg	K+Na	SO4	Cl	HCO3	CO2CB	pH
	мг/л
40	296	55	48	114	45	1129	110	6,4



1.5 Сведения о физико-механических свойствах грунтов

Грунт	Индекс слоя	Плотность, т/м3	Число пла-стичности IP, д. ед.	Показатели пористости, д. ед.	Модуль де- формации Е, Мпа	Содержа-ние ОВ*, %	Степень разложения торфаD, %
		сs	с		N	e
Песок пылеватый	ml IV	2.65	1.80	-	0.35	0.53	9-12	-	-
Суглинок ленточный	lg III	2.72	1.92	0.16	0.55	0.90	6 - 12	_
Суглинок с гравием, галькой	g III	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. Рельеф и геологическое строение

1. На основе анализа плана участка можно сделать следующие выводы. Абсолютные отметки в пределах участка трассы лежат в диапазоне 2,0 - 5,0 м. Рельеф участка равнинный, уклон поверхности между скважинами 39 и 42 составляет 27 промилле, между скважинами 42 и 45 - 5 промилле. В центральной части участка отметки земли наибольшие. Центральное возвышение вытянуто с запада на восток.

2. Данные о геолого-литологическом строении территории представлено на разрезе (рис. 1).

Геологический разрез был построен по трем скважиной глубиной 9,2 м и 10,0 м.

Геолого-литологическое строение представляется в следующем виде:

С поверхности участка залегают озерно-морские отложения (ml IV), мощностью 2,9 - 4,0 м, представленные песками и супесями. Пески пылеватые, рыхлые, влажные и насыщенные водой. Супеси пылеватые, пластичные.

Ниже залегают озерно-ледниковые отложения (lg III), представленные суглинками. Суглинки слоистые, тугопластичной консистенции. Мощность озерно-ледниковых отложений составляет 1,3 - 2,3 м.

Ниже залегают моренные отложения (g III), представленные песками, супесями, суглинками и глинами. Супеси с гравием, пластичные. Пески крупные, плотные, насыщенные водой. Суглинки с гравием, галькой, полутвердой консистенции. Глины с гравием, твердые. Вскрытая мощность моренных отложений составляет 3,8 - 5,0 м.

Коренные отложения при бурении вскрыты не были.



3. Определение наименования грунта, оценка его свойств и состояния

Результаты гранулометрического анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты гранулометрического анализа

Диаметры частиц, мм	> 10	> 10-2	2 - 0,5	0,5 - 0,25	0,25 - 0,1	0,1 - 0,05	0,05 - 0,01	0,01 - 0,005	<0,005
Содержание фракций, %	_	8	11	15	26	23	8	4	5

Номенклатура грунта: песок пылеватый, т.к. содержание фракции > 0,10 мм менее 75 %.

Строим кривую гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе. Для этого составим вспомогательную таблицу.

Таблица 2. Вспомогательная таблица полных остатков

Диаметры частиц, мм	> 10	<10	<2	<0,5	<0,25	<0,1	<0,05	<0,01	<0,005
Сумма фракций, %	_	100	92	81	66	40	17	9	5

Рис. 1. Кривая гранулометрического состава



По кривой гранулометрического состава определяем характеристики грунта:

d₁₀ = 0,013 мм - действующий диаметр

d₆₀ = 0,20 мм - контролирующий диаметр

Степень неоднородности гранулометрического состава равна:

Грунт неоднородный, т.к. для песчаных грунтов C_u > 3.

Грунт суффозионно неустойчивый, т.к. C_u > 10.

Определяем ориентировочные значения коэффициента фильтрации. Т.к. С_u > 3 значение коэффициента фильтрации принимаем по таблицам средних значений. K_ф = 2 м/сут, что соответствует пескам пылеватым.

Определяем ориентировочное значение высоты капиллярного поднятия h_к, по эмпирической формуле:

C_k - эмпирический коэффициент, равный 0,1 - 0,5; е - коэффициент пористости, равный 0,53.



4. Физико-механические свойства грунтов

По совокупности возраста, генезиса, литологических параметров и физико-механических свойств грунтов в пределах изученной территории можно выделить 8 инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Пространственное расположение различных ИГЭ приведено на инженерно-геологическом разрезе (рис. 1).

ИГЭ-1 представлен озерно-морскими отложениями (ml IV): супесями пылеватыми, пластичными.

ИГЭ-2 представлен озерно-морскими отложениями (ml IV) - песками пылеватыми, рыхлыми, влажными и насыщенными водой. Данный грунт характеризуется следующими показателями: коэффициент пористости e = 0,53 д. ед.; пористость n = 0,35 д. ед.; плотность частиц грунта составляет с_s = 2,65г/см³; плотность грунта с = 1,80 г/см³. Модуль деформации составляет 9 - 12 МПа.

ИГЭ-3 представлен озерно-ледниковыми слоистыми суглинками тугопластичной консистенции (lg III). Данный грунт характеризуется следующими показателями: коэффициент пористости e = 0,90 д. ед.; пористость n = 0,55 д. ед.; число пластичности I_p = 0,16 д. ед.; плотность частиц грунта составляет с_s = 2,72г/см³; плотность грунта с = 1,92 г/см³. Модуль деформации составляет Е = 6 - 12 МПа.

ИГЭ-4 представлен ледниковыми отложениями (g-III) - глина с гравием твердой консистенции.

ИГЭ-5 представлен ледниковыми отложениями (g-III) - суглинок с гравием полутвердой консистенции. Данный грунт характеризуется следующими показателями: коэффициент пористости e = 0,45 д. ед.; пористость n = 0,31 д. ед.; плотность частиц грунта составляет с_s = 2,70г/см³; плотность грунта с = 2,15 г/см³, число пластичности I_р = 0,14 д. ед. Модуль деформации составляет 20 - 30 МПа.

ИГЭ-6 представлен ледниковыми отложениями (g III), состоящими из супеси, с гравием, пластичной.

ИГЭ-7 представлен ледниковыми отложениями (g III), песками крупными, плотными, насыщенными водой.

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.

Табл. 3. Инженерно-геологические элементы

№ ИГЭ	Описание грунта	Геологический индекс	Плотность, т/м3	Число пластичности Ip, д.ед.	Показатели пористости, д. ед.	Модуль деформации Е, МПа	Содержание ОВ, %
			сs	с		n	e
1	Супеси пылеватые, пластичные	ml IV
2	Пески пылеватые, рыхлые, насыщенные водой	ml IV	2,65	1,80	_	0,35	0,53	9 - 12
3	Суглинок слоистый, тугопластичной консистенции	lg III	2,72	1,92	0,16	0,55	0,90	6 - 12
4	Глина с гравием, твердой консистенции	g III
5	Суглинок с гравием, полутвердой консистенции	g III	2,70	2,15	0,14	0,31	0,45	20 - 30
6	Супеси с гравием, пластичные	g III
7	Пески крупные, плотные, насыщенные водой	g III



5. Гидрогеологические условия и расчет притока воды к траншее

Грунтовые воды на участке встречены на глубине 0,1 - 0,9 м, абс. отм. 2,5 - 4,1 м. Грунтовые воды насыщают песчано-глинистую толщу отложений четвертичного возраста. Водоупором служат озерно-ледниковые суглинки. Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Подземные воды встречены в скв. 40 на глубине 4,4 м, абс. отм. -2,4 м. Воды напорные, величина напора составляет 4,2 м. Уровень воды установился на глубине 0,2 м, абс. отм. 1,8 м. Подземный горизонт является внутриморенным, подземные воды насыщают моренные пески.

Рис. 2 Карта гидроизогипс

По карте гидроизогипс вид грунтового потока радиальный.

Величина гидравлического градиента: Скважины № 43 - 46:



Скважины № 41 - 42

Скорость грунтового потока (кажущаяся):

Скорость грунтового потока (действительная):

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

На изучаемой территории развиты процессы подтопления, т.к. грунтовые воды залегают на глубине менее 3,0 м. При эксплуатации зданий и сооружений, следует избегать возможных утечек из водонесущих коммуникаций, чтобы предотвратить повышение уровня грунтовых вод и как следствие затопления фундаментов и подвальных помещений.



6. Оценка химического состава грунтовых вод, их агрессивности к бетону и коррозионной активности воды и грунта

Произведем перерасчет содержания ионов из массовой формы в эквивалентную. Данные сведем в таблицу 3.

Таблица 3. Данные химического состава грунтовых вод

Ионы	Содержание, мг/л	Эквивалентное содержание	Эквивалентная масса
		мг·экв	(% - экв)
1	2	3	4	5
Скважина 40
Катионы	Na+	48	2,09	10	23,0
	Mg2+	55	4,58	21	12,0
	Ca2+	296	14,80	69	20,0
Сумма катионов	399	21,47	100%	-
Анионы	Cl-	45	1,29	6	35,0
		114	2,38	11	48,0
		1129	18,51	83	61,0
Сумма анионов	1288	22,17	100%
Общая сумма, мг/л	1687

Воды относятся к солоноватым, т.к. общая соленость S составляет 1,687 г/л (S = 1 - 10 г/л, по классификации соответствует пресным водам).

Общая жесткость воды определяется суммой щелочноземельных катионов Са²⁺ + Mg²⁺ выраженных в мг·экв/л. Общая жесткость составляет 19,38 мг·экв/л, что соответствует очень жестким водам (согласно классификации по степени жесткости к очень жестким водам относят те воды, общая жесткость которых составляет более 9 мг·экв/л).

Формула химического наименования воды:

Воды солоноватые гидрокарбонат кальциевые.

Таблица 4. Оценка качества воды по отношению к бетону

№№	Показатели агрессивности воды	Для сильно- и среднефильтрующих грунтов k? 0,1 м/сут
		Действ. данные	Табл. данные
1	Бикарбонатная щелочность HCO3-, мг/л	1129	> 85,4
2	Водородный показатель рН	6,4	> 6,5
3	Содержание магнезиальных солей в пересчете на Mg2+, мг/л	55	? 1000
4	Содержание едких щелочей в пересчете на ионы К+ и Na+, г/л	0,048	? 50
5	содержание сульфатов в пересчете на ионы SO42-, мг/л	114	< 250

Согласно СНиП 2.03.11-85 данная вода является слабоагрессивной по показателю рН, неагрессивной средой по всем остальным показателям по отношению к бетону.

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



7. Гидрогеологические расчеты при строительном водопонижении

1) Расчет котлована :

Исходные данные:

Скважина № 40

Глубина котлована h_к = 3м

Размеры котлована 30 х 30 м

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

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

Глубина залегания грунтовых вод d = 0,1 м

k = 2 м³/сут (коэффициент фильтрации грунта водоносного слоя)

R_табл = 30 м (радиус влияния водопонижения)

S-величина водопонижения. Откачивают весь столб воды. S = 2,9 м

r₀ - приведенный радиус «большого колодца», м

- радиус влияния «большого колодца», м

R_k = r₀ + R = 16,93 + 30 = 46,93 м

h₁ - мощность при статическом уровне;

h₂ - мощность при динамическом уровне.

Расчет величины притока воды

Расчет траншеи

Исходные данные:

Глубина траншеи h_тр = 2 м

Длина траншеи l = 200 м

Тип выемки - несовершенный (дно траншеи не доходит до водоупора).

Характер потока вокруг выемки - плоский

Оценка параметров водоносного слоя:

- глубина залегания поверхности водоносного слоя - 0,4 м;

- глубина залегания водоупорного слоя - 2,8 м;

- мощность водоносного слоя (до водопонижения) - 2,4 м;

3. Траншея несовершенная, дренажная система самотечная.

Для расчета водопритока к траншее используем следующую расчетную формулу:

Q - количество воды, поступающей в траншею в единицу времени, м³/сут;

К_ф - коэффициент фильтрации грунта водоносного слоя, м/сут. Коэффициент фильтрации принимаем по таблице. Для песков пылеватых, рыхлых коэффициент фильтрации равен 2,0 м/сут;

h_wk= 1,6 м, высота столба воды до водопонижения

Для траншеи частичное водопонижение.

S = 0,5* h_wk = 0,80 м

h_А1 - мощность «активной» зоны несовершенной траншеи, м. В нашем случае



h_А1 = 1,7 * h_wk = 1,7 * 0,80 = 1,36 м;

h_А2 - то же, при динамическом уровне (после водопонижения), м. В нашем случае h_А2 = 1,36 - 0,80 = 0,56 м;

R - область (радиус) влияния траншеи при водопонижении, м;

L - длина траншеи, м;

Согласно таблице средних значений, радиус влияния в песках пылеватых составляет 20 - 40 м. Для расчета принимаем R = 30 м.

Находим водоприток к единице длины траншеи с двух сторон:



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

1) Прогноз суффозионного выноса

Оценим возможность развития суффозионного процесса для песков мелких:

Степень неоднородности грунта водоносного слоя составляет C_u = 15,4.

Величина гидравлического градиента рассчитаем по формуле:

Полученную точку наносим на график (рис. 4).

Рис. 4 График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой):

I - область разрушающих градиентов фильтрационного потока; II - область безопасных градиентов

Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что развитие суффозионного процесса в пылеватых песках происходить не будет.

2) 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,

= 10 кН/м³ - удельный вес воды

е = 0,53 д.ед. - пористость

кН/м³ -

удельный вес грунта в условиях взвешивания, кН/м³

= 18,0 кН/м³ - удельный вес грунта,

= 2,4 м - величина водопонижения,

Е = 10 000 КПа - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки.

Тогда:



Осадка грунта составляет 2,9 см.

Рис. 5 Схема поверхности земли при водопонижении



9. 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.

Рис. 6 Схема воздействий напорных вод на дно котлована

P_изб = _w*H_w = 10 Ч 4,2 = 42,00 кН/м²

P_гр = _*h_гр = 10,2 Ч 1,2 = 12,24 кН/м² (с учетом взвешивающего давления воды)

P_изб = 42 кН/м² > P_гр = 12 кН/м²

На данном участке возможен прорыв напорных вод в котловане.



Заключение

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

По геоморфологическим условиям площадка относится ко 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 выклиниванием. 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. Имеется два водоносных горизонта.

При расчета оценки воздействия напорных вод на дно котлована было выявлено, что p_изб>p_гр, возможен прорыв напорных вод в котловане.

Величина оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод не велика.

При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, необходимо особое внимание уделить вопросам подтопления, т.к. уровень грунтовых вод на участке составляет менее 3 метров.

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



Список литературы

1. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. - М.: «Высш. школа», 1980.

2. ГОСТ 25100-11. Грунты. Классификация.

3. Грунтоведение / Под ред. Сергеева Е.М. М.: Изд-во МГУ. 1983.

4. Грунтоведение / Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. под ред. В.Т. Трофимова. - 6-е изд., переработ. и. доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005.

5. Золотарев Г.С. Инженерная геодинамика. Учебник. М., Изд-во МГУ, 1983.

6. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М. Инженерная геология. Под ред. О.К. Ланге. Учебное пособие для вузов. М.: «Высш. школа», 1971.

7. Практикум по грунтоведению / Под ред. Трофимова В.Т., Королева В.А. М.: Изд-во МГУ, 1993.

8. Сергеев Е.М. Инженерная геология. -- 2-е изд., перераб. - М.: Изд-во МГУ, 1982.

Размещено на Allbest.ru