Размещено на http://allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ)

Кафедра геотехники

Курсовая работа

Оценка гидрогеологических условий площадки строительства

Работу выполнил: студент Иванов А.В.

Работу проверила: Заводчикова М.Б.

Санкт-Петербург

2017



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

1.1 Характеристика рельефа участка

1.2 Литологические разрезы (колонки)

1.3 Анализ гранулометрического состава

1.4 Инженерно-геологический разрез

2. ГИДРОГЕОЛГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

2.1 Анализ разреза

2.2 Карта изогипс грунтовых вод

2.3 Анализ агрессивности грунтовых вод

3. КАТЕГОРИЯ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ

4.1 Исходные данные о строительном котловане

4.2 Строительные выработки

4.3 Расчет водопритока в строительный котлован и в строительную траншею

5. ПРОГНОЗ ПОСЛЕДСТВИЙ ВОДОПОНИЖЕНИЯ

5.1 Механическая суффозия в откосах котлавана

5.2 Оседание поверхности земли

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Дано: Вариант - №4. Участок - №2. Скважины - №№8-9-10.

Размер котлована: (30 + предпоследняя цифра зачетки)Ч(20 + последняя цифра зачетки) = 37 м * 23 м.

Ширина траншеи по дну и протяженность соответственно 1,5 и 200 м.

Зачастую в условиях плотной застройки современных городов и коттеджных поселков выбирать место будущего строительства не приходится. Именно по этой причине проектировщики вынуждены детально изучать особенности местности, на которой решено возводить дом. Особое внимание при этом стоит уделить изучению гидрогеологических условий будущего строительства.

Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых грунтов и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение горных пород с образованием пустот.

Целью данной курсовой работы является изучение пригодности определенного участка местности для строительства.

Для этого необходимо будет решить ряд задач:

1) Изучить геологический разрез местности,

2) Выяснить гранулометрический состав основных слоев почвы,

3) Изучить и построить подробную карту грунтовых вод,

4) Выяснить химический состав грунтовых вод,

5) Определение сложности инженерно-геологических условий,

6) Прогноз последствий водопонижения после выработки грунта и т.д.



1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

1.1 Характеристика рельефа участка

Карта фактического материала

Масштаб 1:2000

Условные обозначения:

- Буровая скважина, абсолютная отметка устья скважины

- Изогипса с абсолютной отметкой

литологический грунтовый водоносный котлован

Участок №2 имеет неровности микрорельефа.

Но в его юго-восточной части имеется обрыв высотой около 8-9 метров. В остальной его части перепад высот не превышает 4 метров.

Максимальная высота устья скважины - 50,8 метра (скважина №12), минимальная высота устья скважины - 47,0 метра (скважина №11).

Особняком стоит скважина №14, находящаяся под обрывом (абсолютная отметка устья скважины - 37,4 метра).

Участок представляет собой холмистую местность.

Угол наклона склонов превышает 3-4 градуса, становясь более пологим на вершине холма.

Форма рельефа - хребет (водораздел). Он протянулся с юго-запада на северо-восток участка.

1.2 Литологические разрезы (колонки)

Геолого-литологические колонки опорных скважин

№ слоя	Индекс слоя	Полевое описание пород	Отметка подошвы слоя, м	Сведения о воде
				Отметка появления, м	Установившийся уровень, м
1	2	3	4	5	6
Скважина №8. Абсолютная отметка устья 47,5 м
1	ml IV	Супесь пылеватая, пластичная	46,5
2	ml IV	Песок мелкий, средней плотности	44,5	46,0	46,0
3	g III	Суглинок с гравием, галькой, полутвердый	40,5
4	O1	Известняк трещиноватый	37,5
Скважина №9. Абсолютная отметка устья 50,2 м
1	ml IV	См. табл. В.3 приложения В	45,5	49,3	49,3
2	g III	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	42,2
3	O1	Известняк трещиноватый	40,2	42,1	48,9
Скважина №10. Абсолютная отметка устья 49,0 м
1	ml IV	Песок пылеватый, средней плотности	44,8	48,2	48,2
2	g III	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	40,1
3	O1	Известняк трещиноватый	38,2



1.3 Анализ гранулометрического состава

Результаты гранулометрического состава грунтов первого водоносного слоя (из табл. В.3)

№ участка	№ скважины	Галька	Гравий	Песчаные	Пылеватые	Глинистые
		>100	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,002	<0,002
2	9	-	-	-	7	10	10	11	36	15	9	2

Вспомогательная таблица для определения разновидности грунта по крупности (из табл. Г.2)

Диаметры частиц, мм	>10	>2	>0,5	>0,25	>0,1
Содержание по массе, %	-	-	17	27	38

Вывод: согласно таблице гранулометрического состава грунтов первым водоносным слоем скважины №9 является песок мелкий.

Заносим в таблицу физико-механические свойства песка мелкого.

Сведения о физико-механических свойствах грунта (из табл. В.4)

Грунт	Индекс слоя	Плотность частиц грунта сs, г/см3	Плотность с, г/см3	Пористость n, д. ед.	Коэффициент пористости e, д. ед.	Модуль деформации E, МПа
Песок мелкий	ml IV	2,65	1,74	0,41	0,69	20-30

Построение суммарной кривой гранулометрического состава

Диаметр частиц, мм	<10	<50	<2	<1	<0,5	<0,25	<0,1	<0,05	<0,01	<0,002
Содержание по массе, %	100	100	100	93	83	73	62	26	11	2



d₆₀=0,098

d₁₀=0,0082

С_u>3, следовательно, грунты считаем неоднородными. Но С_u>10, следовательно, грунты следует считать потенциально суффозионно-неустойчивыми.

Окончательное суждение о суффозионной устойчивости таких грунтов в конкретных условиях, в том числе установившихся в результате водопонижения, можно вынести только после проверок с учетом параметров потоков подземных вод.

Вывод: согласно таблице гранулометрического состава грунтов и степени неоднородности первым водоносным слоем скважины №9 является песок мелкий, неоднородный, потенциально суффозионно-неустойчивый.



Из таблицы разновидности грунтов по плотности природного сложения (таб. Д.2) выбираем данные, которые подходят в нашем случае. Исследуемый слой - песок мелкий.

e - коэффициент пористости.

От величины «е» зависит плотность грунта.

Значения коэффициента пористости для мелкого песка:

e ? 0,60 (плотный)0,60 < e ? 0,75 (средней плотности)e > 0,75 (рыхлый).

В нашем случае е=0,69.

Вывод: согласно таблице гранулометрического состава грунтов, степени неоднородности и коэффициенту пористости первым водоносным слоем скважины №9 является песок мелкий, средней плотности, неоднородный, потенциально суффозионно-неустойчивый.

1.4 Инженерно-геологический разрез

Основой для выделения инженерно-геологических элементов служит предварительный геологический разрез.

Физико-механические характеристики инженерно-геологических элементов (из табл. Ж.1)

№ ИГЭ	Наименование грунта	Индекс слоя	Плотность частиц грунта s, г/см3	Плотность грунта , г/см3	Число пластичности Ip, д. ед.	Показатель текучести IL, д. ед.	Пористость n, д. ед.	Коэффициент пористости е, д. ед.	Модуль деформации Е, МПа
1	Супесь пылеватая, пластичная	ml IV	2,62	1,85	0,05	0 - 1,00	0,48	0,92	7-15
2	Песок пылеватый, средней плотности	ml IV	2,66	1,8	-	-	0,38	0,62	12-15
3	Песок мелкий, средней плотности	ml IV	2,65	1,74	-	-	0,41	0,69	20-30
4	Суглинок с гравием, галькой, полутвердый	g III	2,77	2,09	0,15	0 - 0,25	0,32	0,47	20-30
5	Суглинок с гравием, галькой, тугопластичный	g III	2,77	2,08	0,15	0,25 - 0,5	0,33	0,49	20-30
6	Известняк трещиноватый	O1	2,69	2,45	-	-	-	-	-

ИГЭ - инженерно-геологический элемент. Это некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида однородного по свойствам и состоянию.

В пределах одного слоя могут быть выделены два и более ИГЭ, т.е. количество слоев и ИГЭ не совпадают.



2. ГИДРОГЕОЛГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

2.1 Анализ разреза

На разрезе имеется два водоносных горизонта.

Первый - безнапорный водоносный горизонт. Тип залегания - грунтовый.

Второй водоносный горизонт является напорным. По условиям залегания является межпластовым, горизонт обнаружен около скважины №9.

Безнапорный водоносный горизонт.

Водовмещающие слои	Мощность, м	Глубина залегания, м
Песок пылеватый, средней плотности	4,2	44,8
Песок мелкий, средней плотности	2,0 (8) 4,7 (9)	44,5 45,5

Мощность безнапорного водоносного горизонта составляет 1,5-3,8 метра. Глубина залегания 0,8-1,5 метра.

Водоупорные слои: суглинок с гравием, галькой, полутвердый и суглинок с гравием, галькой, тугопластичный. Мощность водоупорных слоев 3,3-4,7 метра.

Напорный водоносный горизонт. Водовмещающие слои: песок мелкий, средней плотности и суглинок с гравием, галькой, тугопластичный. Водоупорный слой: известняк трещиноватый.

Мощность напора: 48,9 - 42,1 = 6,8 м



2.2 Карта изогипс грунтовых вод

Максимальная в пределах карты величина гидравлического градиента, не считая обрыва:

возникает между скважинами №8 и №9.

I = ДН / l,

I = (49,3 - 46,0) / 85=0,039

где ДН - максимальный перепад отметок установившегося уровня грунтовой воды в соседних точках (скважинах) на карте, м;

l - расстояние между этими точками (скважинами).

Максимальная в пределах карты скорости грунтового потока, кажущуюся V



V = k * I,

где k - коэффициент фильтрации (2ч5 для песков мелких). Берем 4.

V = 4 * 0,039=0,156 м/сут

Максимальная в пределах карты скорости грунтового потока действительную V_Д

V_Д =V / n

V_Д =0,156/0,41= 0,380 м/сут

где n - пористость водовмещающих пород в д. ед.

2.3 Анализ агрессивности грунтовых вод

Подземные воды - это сложные многокомпонентные растворы. В них находятся растворенные вещества в виде ионов, коллоидные частицы, газы, микроорганизмы

Результаты химического анализа грунтовых вод (из табл. В.5)

№ скважины	K + Na	Mg	Ca	Cl	SO4	HCO3	pH
	мг/л (мг/дм3)
9	159	43	180	114	50	928	6,6

Предварительная оценка агрессивности воды по отношению к бетону

Показатель агрессивности среды (воды)	Для сильно- и среднефильтрующих грунтов k0,1 м/сут	Для слабофильтрующих грунтов k<0,1 м/сут
Бикарбонатная щелочность, , мг/дм3 (мг/л)	> 64,1	Не нормируется
Водородный показатель рН	> 6,5	> 5
Содержание магнезиальных солей в пересчете , мг/дм3	1000	1300
Содержание едких щелочей в пересчете на ионы и , г/дм3 (г/л)	50	65
Содержание сульфатов в пересчете на ионы, мг/дм3 (мг/л)	< 250	< 325

В нашем случае грунты сильно- и среднефильтрующие, т.к. k0,1 м/сут. Содержание бикарбонатной щелочности, , водородный показатель рН, содержание магнезиальных солей в пересчете , содержание сульфатов в пересчете на ионы в норме. Содержание едких щелочей в пересчете на ионы и превышает допустимые концентрации в 3,2 раза

Вывод: грунтовые воды агрессивны по отношению к бетону СНиП 2.03.11-85, что вызывает коррозию бетона.



3. КАТЕГОРИЯ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Оценка категории сложности инженерно-геологических условий в целом для участка №2.

Факторы, определяющие производство изысканий	Обоснование категории сложности	Решение
Геоморфологические	Площадка (участок) в пределах нескольких геоморфологических элементов одного генезиса. Поверхность наклонная, слабо расчлененная.	2 категория
Геологические	Четыре различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием. Мощность изменяется закономерно. Существенное изменение характеристик свойств грунтов в плане или по глубине. Скальные грунты имеют неровную кровлю и перекрыты нескальными грунтами.	2 категория
Гидрогеологические	Два выдержанных горизонта, наличие напорных вод.	2 категория
Опасные геологические и инженерно-геологические процессы	Отсутствуют.	1 категория
Специфические грунты (в основании фундамента)	Отсутствуют.	1 категория
Природно-технические условия производства работ	Плохие условия для проходимости техники, слабо развитая инфраструктура, ограниченность стационарных построек для базирования.	2 категория

Вывод: участок относится к II категории сложности.



4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬНОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ

4.1 Исходные данные о строительном котловане

Размер котлована 37х24 метра

Котлован форма прямоугольная. Скважина №9

Глубина от устья скважины 3,9 метра

Ширина траншеи 1,5 метра

Длина траншеи по дну 200 метров

Траншея проходит через скважину № 10

Отметка дна траншеи 45,8 метра

Контуры котлована и траншеи нанесены на инженерно-геологический разрез и на карту грунтовых вод с гидроизогипсами.

4.2 Строительные выработки

Котлован

Тип котлована - несовершенный, т.к. дно котлована не доходит до водоупора.

Тип притока воды к выработке радиальный, т.к. 37/24 = 1,54 < 10

Величина водопонижения S=2,4 м

NL - 50,2 м абсолютная отметка природной поверхности земли

WL - 49,3 мабсолютная отметка поверхности водоносного горизонта

DL - 46,3 муровень поверхности дна котлована

BL - 45,5 мотметка поверхности водоупорного слоя

S - 3,0 мвеличина водопонижения (WL - DL)

R - 55 мрадиус влияния водопонижения для песков мелких 50-60 м (из табл. В.6)

K - 4 м/суткоэффициент фильтрации (для песков мелких)

У - 0,8 ммощность водоносного слоя под дном котлавана (DL - BL)

Н - 3,8 м мощность слоя грунтовых вод в водоносном слое до водопонижения (WL - BL)

Траншея

Тип траншеи - несовершенный, т.к. дно траншеи не доходит до водоупора

Тип притока воды к выработке плоский, т.к. 200/1,5 = 133,33 > 10

NL - 49,0 м абсолютная отметка природной поверхности земли

WL - 48,2 м абсолютная отметка поверхности водоносного горизонта

DL - 45,8 м уровень поверхности дна траншеи

BL - 44,8 мотметка поверхности водоупорного слоя

S - 2,0 м величина водопонижения (WL - DL + h_k), принимается минимальное значение высоты капиллярного поднятия в определенном типе грунта

R - 30 мрадиус влияния водопонижения для песков мелких 20-40 м (из табл. В.6)

K - 2 м/суткоэффициент фильтрации (для песков пылеватых)

Схема к расчету притока воды в котлован



4.3 Расчет водопритока в строительный котлован и в строительную траншею

Находим приведенный радиус прямоугольного в плане котлована размерами 37х24 метра

r = 16,81 м

Далее находим радиус депрессии



r_d = 71,81 м

Ф - функция понижения от действия водопонизительной системы.

Ф=0,383

Находим среднюю высоту потока

h = 2,25 м

Производим расчет притока воды в котлован

Q = 68,15 м³/сут

Приступаем к расчету притока воды в траншею несовершенного типа

Ф - функция понижения от действия водопонизительной системы

Ф = 0,075

Находим среднюю высоту потока для несовершенной траншеи

h = 2,12 м



Производим расчет притока воды в траншею

Q = 113,07 м³/сут



5. ПРОГНОЗ ПОСЛЕДСТВИЙ ВОДОПОНИЖЕНИЯ

5.1 Механическая суффозия в откосах котлавана

Работы по водопонижению изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом мелких частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока - механическая суффозия.

Возможность развития суффозии можно определить по графику В.С. Истоминой

I - область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II - область безопасных (неразрушающих) градиентов.

Помимо степени неоднородности грунтов С_u, график включает величину «i».

i = S /(0,33R),

где S - глубина водопонижения, м; R - путь фильтрации; 0,33 - коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающей к котловану.

C_u=11,95

Для котлована:

i = 3,0 /(0,33*55)=0,165

Для траншеи:

i = 2,0 /(0,33*30)=0,202

Точки на графике (11,95; 0,165) и (11,95; 0,202) находятся ниже кривой, в зоне безопасных (неразрушающих) градиентов. Суффозионного выноса в котловане и траншеи можно не опасаться.

5.2 Оседание поверхности земли

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанного с этим оседания поверхности зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта. В пределах значительной площади осадка может быть неравномерной.

Схема оседания поверхности земли при водоснабжении иллюстрирует глубинное водопонижение с помощью иглофильтров.

А - зона аэрации до водопонижения,

B - зона полного водонасыщения,

C - зона «осушенного» грунта после водопонижения.

При понижении уровня подземных вод более чем на 2 метра, особенно в слабых глинистых грунтах, торфах и илах, необходимо производить расчет ожидаемых осадок земной поверхности в зоне развития депрессионной воронки.



Схема оседания поверхности земли при водопонижении.

Предварительный расчет осадки территории:

где Дг = - _sb,

- удельный вес грунта слоя (ИГЭ), кН/м³,

= gс,

с - плотность грунта, 1,74 кг/м³ (песок мелкий, средней плотности),

g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с²,

=9,8*1,74=17,052 кН/м³,

_sb - удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод, кН/м³,

_sb=(_s - _w)(1 - n),

_s - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³,

_s = g_s,

_s - плотность твердых частиц грунта, 2,65 кг/м³ (песок мелкий, средней плотности),

_s = 9,8*2,65=25,97 кН/м³,

_w - удельный вес воды, 9,8кН/м³;

n - пористость, 0,41 д. ед. (песок мелкий, средней плотности),

_sb=(_s - _w)(1 - n)=(25,97-9,8)*(1-0,41)=9,54 кН/м³,

Дг = - _sb=17,052-9,54=7,512 кН/м³,

S - величина водопонижения, 3,0 м (в котловане);

Е - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, мПа (мН/м²), 25 мН/м² (песок мелкий, средней плотности); 10³ - коэффициент, переводящий единицы мПа в кПа.

Формула справедлива, если R/H_в ? 3, где R - радиус влияния, H_в - мощность водоносного слоя.

55/3,8 = 14,47.

Воздействия напорных вод на дно котлована не приводится, т.к. котлован не совершенный.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Участок №2 имеет неровности микрорельефа. Но в его юго-восточной части имеется обрыв высотой около 8-9 метров. В остальной его части перепад высот не превышает 4 метров. Максимальная высота устья скважины - 50,8 метра (скважина №12), минимальная высота устья скважины - 47,0 метра (скважина №11). Особняком стоит скважина №14, находящаяся под обрывом (абсолютная отметка устья скважины - 37,4 метра).

Участок представляет собой холмистую местность. Угол наклона склонов превышает 3-4 градуса, становясь более пологим на вершине холма. Форма рельефа - хребет (водораздел). Он протянулся с юго-запада на северо-восток участка. Слои песка являются водоносными, а слои суглинка - водоупорными. В результате чего на участке имеется два типа подземных вод: ненапорные грунтовые и напорные.

Анализ грунтовых вод показал их агрессивность по отношению к бетону СНиП 2.03.11-85, что вызывает коррозию бетона.

Необходимо заменить марку бетона на более стойкую по отношению к едким щелочам. Категория сложности инженерно-геологических условий II по СНиП 47.13330.2012

При выполнении данной курсовой работы были получены навыки работы с методами прогноза последствий от создания котлована на строительном участке и возможными способами предотвращения негативных последствий, ознакомление с характеристиками грунтов и подземных вод, проведены анализы гранулометрического состава и агрессивности воды по заданным значениям, освоение процесса построения инженерно-геологического разреза,



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Оценка гидрогеологических условий площадки строительства: метод. указания / Сост.: А. М. Симановский, В. А. Челнокова; СПбГАСУ. - СПб., 2017. - 91 с.

2. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ.

2. ГОСТ 25100-2011. Грунты классификация.

3. СП 47.13330.2012. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96.

4. СП 103.13330.2012. Свод правил. Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод. Актуализированная редакция СНиП 2.06.14-85.

Размещено на Allbest.ru